本章小目錄
一~六：Control
七：Miscellaneous
八：Extensions
九：Summary

一、Control Instructions（控制指令）

1. 用來指定下一行 code 該執行哪裡，而不是按順序執行。
2. Control Instructions 有兩種：
   • Conditional jumps（條件跳轉）：只有滿足特定條件時才跳轉到指定 code。
   • Unconditional jumps（無條件跳轉）：不論任何條件，直接跳轉到指定 code。
3. 範例：bne x5, x0, Label，意思是如果x5和x0不相等，跳轉到 Label 行執行 code；否則繼續執行下一行。

二、Labels

1. 是控制指令中人類可讀的標識，用來標記某行 code。
2. 範例：

           addi x5, x0, 0
           addi x6, x0, 10
   Loop:   add x5, x5, x6
           addi x5, x5, -1
           bne x5, x0, Loop
   

   這裡Loop是 Labels，用於控制跳轉。

三、Types of Branches(分支類型)

1. beq：當兩個 register 的值相等時跳轉。
2. bne：當兩個 register 的值不相等時跳轉。
3. blt, bge, bltu, bgeu：比較小於和大於等於，適用於帶符號和無符號數字。
4. 注意：沒有bgt指令，若需要bgt可使用blt將比較對象對調來實現。
5. 範例
   • beq (Branch if Equal)
     • 當兩個寄存器的值相等時，跳轉到標籤。
     • 範例：

       beq x5, x6, Label
       

       • 如果 x5 和 x6 的值相等，則跳轉到 Label 標籤處繼續執行程式。
   • bne (Branch if Not Equal)
     • 當兩個寄存器的值不相等時，跳轉到標籤。
     • 範例：

       bne x5, x6, Label
       

       • 如果 x5 和 x6 的值不相等，則跳轉到 Label 標籤處。
   • blt (Branch if Less Than)
     • 如果第一個寄存器的值小於第二個寄存器的值（有符號數），則跳轉到標籤。
     • 範例：

       blt x5, x6, Label
       

       • 如果 x5 小於 x6，則跳轉到 Label 標籤。
   • bge (Branch if Greater or Equal)
     • 如果第一個寄存器的值大於或等於第二個寄存器的值（有符號數），則跳轉到標籤。
     • 範例：

       bge x5, x6, Label
       

       • 如果 x5 大於或等於 x6，則跳轉到 Label 標籤。
   • bltu (Branch if Less Than Unsigned)
     • 如果第一個寄存器的值小於第二個寄存器的值（無符號數），則跳轉到標籤。
     • 範例：

       bltu x5, x6, Label
       

       • 如果 x5 小於 x6（作為無符號數比較），則跳轉到 Label 標籤。
   • bgeu (Branch if Greater or Equal Unsigned)
     • 如果第一個寄存器的值大於或等於第二個寄存器的值（無符號數），則跳轉到標籤。
     • 範例：

       bgeu x5, x6, Label
       

       • 如果 x5 大於或等於 x6（作為無符號數比較），則跳轉到 Label 標籤。
   • 沒有bgt（Branch if Greater Than）指令
     • 雖然沒有 bgt 指令，但我們可以使用 blt 來替代，將比較對象對調即可。
     • 範例：

       blt x6, x5, Label
       

       • 這行程式碼的作用相當於 bgt x5, x6, Label。

四、Unconditional Jumps

1. RISC-V 提供兩種類型的跳轉指令：
   • 跳轉到 label
   • 跳轉到儲存在 register 中的 addr.
2. 使用 jal 和 jalr 指令進行跳轉，並且會更新 PC（Program Counter）來決定下一行指令的位置。
3. jal 是「Jump and Link」，會把跳轉前的位置儲存在暫存器中，以便跳轉結束後返回。
4. 例子：jal x1,Label 和 jalr x1,x5,0。

五、C Loop Mapped to RISC-V Assembly

如何將 C 語言中的 for 迴圈轉換成 RISC-V 組合語言：

• C 語言的程式：

  int A[20];
  int sum = 0;
  for (int i=0; i < 20; i++)
      sum += A[i];
  

• 對應的 RISC-V 程式碼包含初始化、迴圈條件檢查以及對變量 sum 的累加。

六、為何要使用 Link

1. 使用 jal 跳轉到指定的標籤，同時將返回位置儲存在 register 中，允許程式可以在跳轉完成後返回。
2. jal 常用來模擬函數的行為。
3. 例子展示了如何使用 jal 跳轉到函數，並使用 jr 指令返回。

七、Miscellaneous Instructions（其他指令）

這些指令不屬於其他分類，常作為輔助功能來使用：

• lui, auipc：這兩個指令通常作為幫助指令來讓偽指令 li（加載立即值）和 la（加載地址）工作，很少單獨使用。

  • 例如：li x5,0xDEADBEEF 將立即值 0xDEADBEEF 儲存到 register x5。
  • 例如：la x5,Label 將標籤 Label 的地址載入到 register x5。

• ebreak：這是與除錯器相關的行為。在一些模擬器中，這會停止程序執行，讓使用者可以插入來調試，就像其他除錯器中的中斷點一樣。

• ecall：這是與作業系統相關的行為，涵蓋了程式無法自行完成的任務，例如輸出數據或通過 malloc 請求記憶體。

八、RISC-V Extensions（RISC-V 擴展）

RISC-V 提供了許多可選擇由 CPU 實作的擴展：

• 乘法/除法擴展：由於乘法和除法運算在基本指令集上運行太慢，因此通常不包括在內，作為擴展來提供。

• 浮點數擴展：需要更多的硬件電路來支持浮點運算。

• 雙精度擴展：需要更多的硬件電路，且需要 64 位寄存器來支持雙精度運算。

• 其他擴展：針對不同的應用場景提供的擴展。

• 範例指令：

  • mul x5,x6,x7: 將 register x6 和 x7 的值相乘，並將結果存入 x5。

九、Summary

1. 我們使用的所有結構（變數、函數、迴圈）都需要用這些 RISC-V 指令來構建。
2. RISC-V 沒有精密的保護措施，容易出錯。為了確保每個人的 code 相容，才需要遵循一套約定。