本期內容如下：

RV32I 指令應用注意事項指令立即數取值範圍RISC-V彙編偽指令

圖1

一、RV32I 指令應用注意事項

RISC-V為了追求硬體設計上的簡化，很多功能並沒有單獨實現，而是透過編譯器來自動完成對未實現指令的自動轉換，編譯器會利用已有基本指令來完成對未有指令功能的擴充，由於RISC-V指令設計的巧妙，這種擴充，並不會損失太多CPU效能。

如：

X0暫存器，也被稱為zero，是一個只讀暫存器，返回值永遠為0，寫入的任何資料都將被丟棄。基本指令藉助於zero可以擴展出許多新的指令。

addi x0 , x0, 0 就等價與其他處理器指令的nop操作；

sub a0,x0,a1 就等價於取負數指令neg；

以上設計思路可以大大簡化硬體設計。

1.1 善用偽指令

在用機器指令進行編寫程式碼時，初學者總覺的，RV32I提供的指令集不完善，有些功能都沒有實現，如nop，neg，mv，not等，為此直接用有限的機器指令編寫程式碼，總覺的蹩腳，不夠直接。

如，我們使用的nop功能時，其實編寫的機器指令是addi x0 , x0, 0，像這樣編寫程式碼實在痛苦，整個程式碼也比較難讀。為此，gnu彙編器提供的偽指令就派上用途了，實際編寫“空”操作程式碼時，直接使用偽指令nop，在編譯時候，彙編器會自動幫助將nop轉換為addi x0，x0，0，這樣就方便多了。

1.2 立即數的取值範圍

RV32I中存在大量的立即數運算元指令，由於不同指令格式的立即數佔用bit不同，其所能取的數值也是有限的，如果立即數超出實際指令範圍，編譯器將會報錯。

如我們希望載入一個32bit常量資料0x12345678到t0暫存器中，不採用偽指令li t0,0x12345678的情況下，我們是找不到任何一條機器指令可以直接一步完成32bit立即數載入的，為了實現這一功能，我們可能想到的方法為如下程式碼:

addi  t0,zero,0x123       //載入0x12345678的高12bit到t0slli   t0,t0,12                   //t0<<12bit =>t0=0x123000addi t0,t0,0x456            //t0=t0+0x456=0x123456slli  t0,t0,8                      //t0<<8bit  =>t0=0x12345600addi t0,t0,0x78              //t0=t0+0x78=0x12345678

當然為了實現上述功能，也可採用他方法，之所以舉這個例子是為了讓大家知道，編寫彙編程式碼時，機器指令的立即數是有位寬限制的，addi t0,zero,0x123345678 顯然是一個錯誤指令。

二、指令立即數取值範圍

不同立即數操作指令，立即數取值範圍參見圖2。

圖2 立即數取值範圍

三、RISC-V彙編偽指令

偽指令是彙編器提供的類似於機器指令的操作指令，偽指令在實際的處理器指令集中並沒有被實現，編譯器在編譯彙編程式碼時，可以透過一條 或多條機器指令去實現偽指令對應的功能。這樣做的目的，就是可以最大限度簡化處理器指令集，降低處理器開發難度,使用偽指令可以更加快速方便的編寫彙編程式碼。

RISC-V在原有機器指令的基礎上，擴充套件了幾十個偽指令，透過這些偽指令，我們可以非常方便的編寫彙編程式碼，具體偽指令參見圖3和圖4。

為了理解和消化這些偽指令，讀者需要耐心的練習相關操作。

圖3 RISC-I 彙編偽指令1

圖4 RISC-V彙編偽指令2

這裡需要強調的幾條指令，中

3.1 載入立即數

偽指令

li rd, imm(32-bit)

等效機器指令

lui rd, imm(20-bit)

addi rd, rd, imm(12-bit)

3.2 載入地址

偽指令

la rd, label　　　　

等效機器指令

auipc rd, imm(20-bit)

addi rd, rd, imm(12-bit)

3.3 呼叫任意32-bit 絕對地址

lui x1, <high 20-bit>

jalr ra, x1, <low 12-bit> （pc）=32bit 地址，即，呼叫32bit絕對地址

3.4 跳轉相對PC的32bit偏移地址

auipc x1, <high 20-bit>

jalr x0, x1, <low 12-bit>（pc）=（pc）+32bit地址，即，跳轉到當前指令前後32bit偏移地址處

RISC-V彙編指令學習貴在練習，堅持一段時間後，這將更好地幫助我們理解RISC-V處理器架構。