# 組譯 (RV32I, 小端序)
riscv64-unknown-elf-as   -march=rv32i -mabi=ilp32 prog.s -o prog.o
# 連結 (指定記憶體佈局)
riscv64-unknown-elf-ld   -m elf32lriscv -T link.ld prog.o -o prog.elf
# 反組譯檢查
riscv64-unknown-elf-objdump -d prog.elf
# 轉出純二進位 / 十六進位檔 (給 Verilog $readmemh 用)
riscv64-unknown-elf-objcopy -O binary prog.elf prog.bin

沒有安裝工具鏈也可以使用線上模擬器(如 RARS、Venus)練習;第 26 章我們則以「手工組譯+$readmemh」的方式餵程式給自製 CPU。

常用指示詞與偽指令

呼叫慣例(ilp32 ABI)

• 參數:a0–a7(x10–x17)依序傳遞;更多參數走堆疊。回傳值:a0(a1 輔助 64 位元)。

• 呼叫者保存(caller-saved):t0–t6、a0–a7、ra——被呼叫的函式可以隨意破壞;呼叫者若還需要,呼叫前自行保存。

• 被呼叫者保存(callee-saved):s0–s11、sp——函式若要使用,必須先存後還。

• sp 永遠 16 位元組對齊;堆疊向下成長。

基本範例

迴圈與陣列:求和

sum_array:
    li   t0, 0            # t0 = 累加器
    li   t1, 0            # t1 = i
loop:
    bge  t1, a1, done     # i >= n 則離開
    slli t2, t1, 2        # t2 = i*4
    add  t2, t2, a0       # t2 = &A[i]
    lw   t3, 0(t2)        # t3 = A[i]
    add  t0, t0, t3       # sum += A[i]
    addi t1, t1, 1        # i++
    j    loop
done:
    mv   a0, t0           # 回傳值
    ret

慣用最佳化:以「移動指標」取代「索引計算」,內圈少兩條指令:

slli t1, a1, 2
    add  t1, t1, a0       # t1 = 尾後位址
    li   t0, 0
loop:
    bgeu a0, t1, done
    lw   t2, 0(a0)
    add  t0, t0, t2
    addi a0, a0, 4        # 指標前進
    j    loop

字串長度(位元組走訪)

strlen:
    mv   t0, a0
1:  lbu  t1, 0(t0)        # 讀一個位元組 (零延伸)
    beqz t1, 2f           # 遇 '\0' 結束
    addi t0, t0, 1
    j    1b
2:  sub  a0, t0, a0       # 長度 = 尾 - 頭
    ret

遞迴與堆疊框架

fact:
    li   t0, 2
    blt  a0, t0, base     # n < 2 -> 回傳 1
    addi sp, sp, -16      # 開框架 (16B 對齊)
    sw   ra, 12(sp)       # 保存返回位址
    sw   s0, 8(sp)        # 保存 s0
    mv   s0, a0           # s0 = n (跨呼叫存活)
    addi a0, a0, -1
    call fact             # a0 = fact(n-1)
    mul  a0, s0, a0       # n * fact(n-1)  (RV32M)
    lw   s0, 8(sp)        # 恢復
    lw   ra, 12(sp)
    addi sp, sp, 16       # 拆框架
    ret
base:
    li   a0, 1
    ret

與 C 的對照

int max(int a, int b) { return a > b ? a : b; }

max:
    bge  a1, a0, 1f      # b >= a 則回傳 b... 注意編譯器反轉了條件
    ret                  # 回傳 a (已在 a0)
1:  mv   a0, a1
    ret

閱讀編譯器輸出(gcc -S 或 objdump)是學習慣用法的最快途徑:你會看到本章所有慣例被嚴格遵守——這正是二進位相容的基礎。

本章重點回顧

練習

1. 寫出 memcpy(dst,src,n)(位元組版),再改寫為字(4B)對齊快速版。

2. 寫出遞迴費氏 fib(n),畫出 fib(3) 執行時堆疊框架的變化。

3. 寫一個函式呼叫 strlen 兩次比較兩字串長短:哪些暫存器必須保存?為什麼?

4. 把 sum_array 改為每輪處理 4 個元素的迴圈展開版,數一數指令數差異。

5. 用 lbu/sb 實作 toupper 字串就地轉大寫。