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Instruções RISC-V

Rodolfo Azevedo

MC404 - Organização Básica de Computadores e Linguagem de Montagem

http://www.ic.unicamp.br/~rodolfo/mc404

Contexto

  • Nos slides anteriores, vimos algumas das instruções e registradors do RISC-V
  • Agora vamos avançar ampliando o conjunto de instruções e também trazendo novos registradores

Meta da aula de hoje

Ser capaz de entender e implementar em assembly códigos que contenham as seguintes estruturas:

  • if
  • if-else
  • while
  • for

if then else

Se uma dada condição for verdadeira (if), então execute um trecho de código. Caso contrário (else), execute outro trecho de código.

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if (x == 5)
  a += 7;
else
  a += 15;

while

Enquanto uma dada condição for verdadeira, execute um trecho de código.

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x = 20;
y = 10;
while (x != y)
{
  x += 2;
  y += 3;
}

for

Execute um trecho de código um número fixo de vezes.

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  a = 0;
  for (i = 0; i < 100; i ++)
    a += i;

Relembrando os Registradores

Registrador Descrição
zero Valor fixo em zero (0)
ra Endereço de retorno de chamada de função
sp, gp, tp Apontador de pilha, dados globais e de thread
t0-t6 Valores temporários
s0-s11 Valores salvos
a0-a7 Argumentos para função e valores de retorno
pc Contador de programa

Instruções de comparação

Instrução Formato Uso
Set less than R SLT rd, rs1, rs2
Set less than immediate I SLTI rd, rs1, imm
Set less than unsigned R SLTU rd, rs1, rs2
Set less than unsigned immediate I SLTIU rd, rs1, imm

Exemplo

  • Como saber se i < j? 
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slt t0, t1, t2   # onde t1 deve ter o valor de i, t2 de j e t0 terá o resultado
  • Se i < 0
  • t0 = 1
  • Caso contrário
  • t0 = 0

Instruções de salto

São instruções que desviam a execução do programa para um endereço diferente da próxima instrução

Instrução Formato Uso
Jump and link J JAL rd, label
Jump and link register J JALR rd, rs1, imm

Instruções de saltos condicionais

Instrução Formato Uso
Branch if == B BEQ rs1, rs2, label
Branch if != B BNE rs1, rs2, label
Branch if < B BLT rs1, rs2, label
Branch if >= B BGE rs1, rs2, label
Branch if < unsigned B BLTU rs1, rs2, label
Branch if >= unsigned B BGEU rs1, rs2, label

:warning: Você pode inverter a ordem dos operandos se necessário!

Exemplo

  • Se x == 0, some z = y + 5, caso contrário z = y + 7
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# supondo que t0 tenha o valor de x, t1 de y e t2 de z
    beq t0, zero, e_zero
    addi t2, t1, 7
    j fim
e_zero: 
    addi t2, t1, 5
fim:

Pseudo-instruções

Pseudo-instruções não são instruções reais, mas são úteis para escrever código mais legível. O montador converteem uma ou mais instruções reais

Instrução Descrição Conversão
li a0, constante Carrega uma constante em um registrador Utiliza lui + addi para compor a constante
la a0, label Carrega o endereço de uma label em um registrador Utiliza auipc, mv e ld se necessário
mv a0, a1 Move o valor de um registrador para outro Utiliza addi

Outros exemplos de pseudo-instruções

Instrução Descrição Conversão
call label Chama uma função Utiliza jal ou jalr
nop Nenhuma operação Utiliza addi zero, zero, 0
j destino Salta para um destino Utiliza jal zero, 0
ret Retorna de uma função Utiliza jalr zero, ra 0
not rd, rs Inverte os bits de um registrador xori rd, rs, -1

Exemplos de código em alto nível vs Assembly

Para cada código em C, faça uma implementação em assembly para o RISC-V

if then else

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if (x == 5)
  a += 7;
else:
  a += 15;

Resolução

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main:
  addi t1, zero, 9
  add t2, zero, zero
  addi t0, zero, 5
  bne t1, t0, else

  addi t2, t2, 7
  j fim
else:
  addi t2, t2, 15

fim:
  jr    ra

while

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x = 20;
y = 10;
while x != y
{
  x += 2;
  y += 3;
}

Resolução

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main:
  addi t0, zero, 20   # x
  addi t1, zero, 10   # y

loop :
  beq t0, t1, fim     # x == y ? vá para o fim
  addi t0, t0, 2
  addi t1, t1, 3
  j loop

fim:
  jr ra               # retorne

for

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  a = 0;
  for (i = 0; i < 100; i ++)
    a += i;

Resolução

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main:
  addi t0, zero, 0    # i
  addi t1, zero, 0    # a
  addi t2, zero, 100  # constante 100 para limite do for

for:
  bge t0, t2, fim     # i >= 100 ? vá para o fim
  add t1, t1, t0      # a += i
  addi t0, t0, 1      # i++
  j loop              # vá para o início do loop

fim:
  jr ra               # retorne