RISC-V 分支偏移机器指令编码答案

【问题标题】：RISC-V branch offset machine instruction encodingRISC-V 分支偏移机器指令编码
【发布时间】：2018-05-23 21:25:15
【问题描述】：

0001100 01010 11100 100 10001 1100011 解码后的 RISC-V 汇编指令是什么？从specification 我知道，操作码是 BLT 指令，rs1 = x28, rs2 = x10。

但是编码的偏移量是多少？ imm[12|10:5] 是 0001100 = 12 和 imm[4:1|11] 是 10001 = -8，对吗？跳到哪里去？

【问题讨论】：

您可以使用反汇编程序为您完成。我认为 GNU binutils 有一个 RISC-V 后端。
是的，binutils 支持 risc-v。
遗憾的是，指令集文档通常没有完全或正确地涵盖偏移量。发现有一个假定的偏移量并不少见，或者立即是指令数与字节数或类似的东西......所以你通常必须使用现有工具来解决这个问题，或者这可能意味着你工作在那里，您只需走到一个薯条人立方体并问...
创建一个包含 .word 0x18ae48e3 的文件，组装然后反汇编。将其链接到某个非零地址，然后再次反汇编。
感谢您的帮助@old_timer。我用 riscv64-unknown-elf-gcc 组装了一个包含main: word .0x18ae48e3 的文件。通过反汇编二进制文件，gdb 给了我0x0000000000000000 <+0>: blt t3,a0,0x990。所以我假设解码后的偏移量是 0x990。

标签： assembly machine-code riscv

【解决方案1】：

The RISC-V Instruction Set Manual 列出了第 19 章中的完整指令集。 opcode（7 个最低有效位）告诉我们我们处理的是 B 类指令。 funct3 位 ([14:12]) 指定 BLT 指令。

BLT指令编码如下：

这给了我们：

	imm[12\|10:5]	rs2	rs1	funct3	imm[4:1\|11]	opcode
instruction	0001100	01010	11100	100	10001	1100011
value	0xc	0xa (x10)	0x1c (x28)	0x4	0x11	0x63

立即数是指令位[31|7|30:25|11:8]:0|1|001100|1000 = 0x4c8的串联。请注意，立即数会丢失索引0 处的位。

The RISC-V Instruction Set Manual 在2.3 立即编码变体中声明：

还有两种基于立即数处理的指令格式 (B/J) 变体，如图 2.3 所示。 S 和 B 格式之间的唯一区别是 12 位立即数字段用于在 B 格式中以 2 的倍数对分支偏移进行编码。不是像传统那样在硬件中将指令编码立即数中的所有位左移一位，中间位 (imm[10:1]) 和符号位保持在固定位置，而 S 格式的最低位 (inst[ 7]) 以B格式编码一个高位。

这是因为 RISC-V 有 16 位指令对齐约束（1.2 指令长度编码）：

基本 RISC-V ISA 具有固定长度的 32 位指令，这些指令必须在 32 位边界上自然对齐。但是，标准 RISC-V 编码方案旨在支持具有可变长度指令的 ISA 扩展，其中每条指令可以是任意数量的长度为 16 位的指令包，并且包自然地在 16 位边界上对齐。第 12 章中描述的标准压缩 ISA 扩展通过提供压缩的 16 位指令来减少代码大小，并放宽对齐约束以允许所有指令（16 位和 32 位）在任何 16 位边界上对齐以提高代码密度。

因此，我们需要在偏移量中添加一个尾随 0，这给了我们：0|1|001100|1000|0 = 0x990。

解码指令为：blt x28, x10, 0x990

【讨论】：

【解决方案2】：

.word 0x18ae48e3

blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
hello:
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello



00000000 <hello-0x38>:
   0:   18ae48e3            blt x28,x10,990 <hello+0x958>
   4:   033e4a63            blt x28,x19,38 <hello>
   8:   033e4863            blt x28,x19,38 <hello>
   c:   033e4663            blt x28,x19,38 <hello>
  10:   033e4463            blt x28,x19,38 <hello>
  14:   033e4263            blt x28,x19,38 <hello>
  18:   033e4063            blt x28,x19,38 <hello>
  1c:   013e4e63            blt x28,x19,38 <hello>
  20:   013e4c63            blt x28,x19,38 <hello>
  24:   013e4a63            blt x28,x19,38 <hello>
  28:   013e4863            blt x28,x19,38 <hello>
  2c:   013e4663            blt x28,x19,38 <hello>
  30:   013e4463            blt x28,x19,38 <hello>
  34:   013e4263            blt x28,x19,38 <hello>

00000038 <hello>:
  38:   013e4063            blt x28,x19,38 <hello>
  3c:   ff3e4ee3            blt x28,x19,38 <hello>
  40:   ff3e4ce3            blt x28,x19,38 <hello>

00000001001111100100001001100011
00000001001111100100000001100011
11111111001111100100111011100011


0 000000 1001111100100 0010 0 1100011
0 000000 1001111100100 0000 0 1100011
1 111111 1001111100100 1110 1 1100011

您确实知道如何从说明中提取这些数字，是吗？

0 0 000000 0010 0
0 0 000000 0000 0
1 1 111111 1110 0

0 0000 0000 0100 = 0x0004 
0 0000 0000 0000 = 0x0000 (<-- hello label here)
1 1111 1111 1100 = 0x1FFC

好吧，这里没有魔法，有时会有偏移，通常会有偏移。通常下一条指令的地址是应用立即数的地方。以 ARM 为例，前面两条指令的地址是应用偏移的地方。

from your instruction
0001100 01010 11100 100 10001 1100011
0 001100 01010 11100 100 1000 1 1100011
010011001000 (add implied zero for bit 0)
0 1001 1001 0000 = 0x990

【讨论】：