MIT6828 学习笔记 010 (lec 5)

RISC-V 调用约定、栈帧和 GDB

有时（比如 lab syscall ）需要一些 C 语言无法表达的代码

RISC-V 抽象计算机：没有像 C 语言一样的流程控制、变量的概念、类型等等；基本的 ISA ：程序计数器、 32 个通用寄存器 (x0-x31)

寄存器	名字	保存者	描述
x0	zero		hardwired zero
x1	ra	调用方	返回地址
x2	sp	被调用方	栈指针
x3	gp		全局指针
x4	tp		线程指针
x5-x7	t0-t2	调用方	临时寄存器
x8	s0/fp	被调用方	保存寄存器/栈指针
x9	s1	被调用方	保存寄存器
x10-x11	a0-a1	调用方	函数参数/返回值
x12-x17	a2-a7	调用方	函数参数
x18-x27	s2-s11	被调用方	保存寄存器
x28-x31	t3-t6	调用方	临时寄存器
pc			程序计数器

比如下面的代码：

int sum_to(int n) {
  int acc = 0;
  for (int i = 0; i <= n; i++) {
    acc += i;
  }
  return acc;
}

用汇编实现：

# sum_to(n)
# 从 a0 读参数，往 a0 返回结果
sum_to:
  mv t0, a0        # t0 <- a0
  li a0, 0         # a0 <- 0
loop:
  add a0, a0, t0   # a0 <- a0 + t0
  addi t0, t0, -1  # t0 <- t0 - 1
  bnez t0, loop    # if t0 != 0: pc <- loop
  ret

ret 的语义：

ret :=
  pc <- ra

其他函数如何调用这个 sum_to ：

main:
  li a0, 10        # a0 <- 10
  call sum_to

call 的语义：

call label :=
  ra <- pc + 4     ; 把下一个指令的地址存放在 ra
  pc <- label      ; 跳转到 label

嵌套调用：

sum_then_double:
  call sum_to
  li t0, 2         # t0 <- 2
  mul a0, a0, t0   # a0 <- a0 * t0
  ret

main:
  li a0, 10
  call sum_then_double

会导致死循环： main 处 call 使 ra 指向自己的下一行（第 9 行下面），然后进入 sum_then_double ， sum_then_double 的 call 又使 ra 指向自己的下一行（第 3 行），然后进入 sum_to ， sum_to 进行 ret 进入 ra 指向的语句（第 3 行），第 5 行的 ret 又会进入 ra 指向的语句第 3 行，导致死循环。

尝试解决：把 ra 放进其他寄存器——无论如何都要用 call&ret 所以只是把问题延后了。答案：使用栈

sum_then_double:
  addi sp, sp, 16  # 使栈指针指向 64 bit 之后
  sd ra, 0(sp)     # ra -> sp[0]
  call sum_to
  li t0, 2         # t0 <- 2
  mul a0, a0, t0   # a0 <- a0 * t0
  ld ra, 0(sp)     # ra <- sp[0]
  addi sp, sp, -16 # 使栈指针指向 64 bit 之前
  ret

问：上面用 a0 接收参数，把返回值放进了 a0 ，为啥不用别的，比如从 t2 接收参数，把返回值放进 t3 ？答：这就是调用约定， a0-a7 用于传递参数，放不下的话把剩下的放进栈里； a0, a1 保存返回值。

手写出来的汇编代码应该遵循调用约定，就像 GCC 编译器编译出的代码也是遵循调用约定的，这样才能使每个人的代码都能互相操作。

汇编和 C 语言互相调用：遵守调用约定，在 C 代码写出函数原型，编译器就能知道怎么调用汇编代码。