RISC-V 汇编实验 ¶

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Abstract

计算机系统 Ⅰ lab4-1 实验报告（2022.04.30 ~ 2022.05.13）

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仅供学习参考，请勿抄袭

实验内容 ¶

实验 1
1. 输入样例汇编，运行汇编
2. 单步调试，给出每次 x1 数值变化的截图
3. 回答 x7 最终的数值
实验 2
1. 仿照样例程序，将学号 10 个数字依次写到 memory 地址 0x00040000 ~ 0x00040020 位置处
2. 单步执行，对写入学号部分的效果截图
3. 编写汇编程序，实现冒泡排序算法。要求从低地址到高地址，10 位学号的数字从大到小排序
4. 单步执行程序，对每一轮扫描完成后的结果进行截图
5. 给出汇编程序的源代码，并结合代码，重点说明两层循环的实现过程
Bonus
1. 修改上述程序，使得交换 memory 中两个数的位置的过程 swap 以函数调用的形式完成

实验 1 ¶

汇编代码 ¶

# riscv
initial:
    lui x6, 0x666
    addi x1, x0, 2
    addi x2, x1, 14
    sw x1, 8(x2)
l1:
    ori x3, x1, 4
    slli x1, x1, 4
    lw x4, -8(x1)
    srai x1, x1, 1
    beq x1, x2, l2
    addi x6, x6, -1
l2:
    addi x1, x0, 2
    bne x4, x1, l1
exit:
    add x7, x2, x2

一些指令：

lui x6 0x666：将 0x666 存至 x6 高 20 位
addi x1, x0, 2：将 x0（0）加立即数 2 存至 x1
sw x1 8(x2)：将 x1 存至 memory 中地址 x2 + 8 的位置
ori x3, x1, 4：将 x1 与立即数按位或，存至 x3 中
slli x1, x1, 4：将 x1 逻辑左移四位存入 x1 中
lw x4, -8(x1)：将 memory 中地址 x1 - 8 位置的值读到 x4 中
srai x1, x1, 1：将 x1 逻辑右移 1 位存入 x1 中
beq x1, x2, l2：若 x1 == x2 则跳到标号 l2 处
bne x4, x1, l1：若 x4 != x1 则跳到标号 l1 处

x1 变化截图 ¶

将单步运行时 x1 寄存器的值拼接了起来

x7 最终值为 32

实验 2 ¶

写入学号 ¶

仿照样例

    addi x5, x0, 3
    addi x6, x0, 0
    lui  x6, 0x40
    sw   x5, 0(x6)
    addi x5, x0, 2
    sw   x5, 4(x6)
    addi x5, x0, 1
    sw   x5, 8(x6)
    addi x5, x0, 1
    ...

冒泡排序 ¶

# 接上面代码
    addi x5, x0, 40  # len
    addi t3, x0, 0   # i
for1:
    addi t4, x0, 0   # j
for2:
    add  x7, x6, t4
    lw   t5, 0(x7)
    lw   t6, 4(x7)
    bge  t5, t6, for2_end
    sw   t5, 4(x7)
    sw   t6, 0(x7)
for2_end:
    addi t4, t4, 4
    addi t6, x0, 4
    sub  t5, x5, t6
    sub  t5, t5, t3
    blt  t4, t5, for2
for1_end:
    addi t3, t3, 4
    addi t6, x0, 4
    sub  t5, x5, t6
    blt  t3, t5, for1

先将长度 10 乘 4 存入 x5 中，然后为 t3（表示外层循环循环变量）赋初值 0，一个标号标记后面是外层循环，循环中为 t3（内层循环变量）赋初值 0，再一个标号标记后面是内层循环。内层循环中先将 x6（存值的 memory 起始地址）加上 j，然后分别读取偏移为 0 和 4 的内容到 t5（a[j]）、t6（a[j+1]），比较，如果 t5 大于等于 t6 则不进行交换操作，直接跳到 for2_end，否则交换存到另一方的位置中。for2_end 中处理循环变量并且判断，每次为 t4 加 4，然后计算一下 x5 - t3 - 4（len-i-1），判断 t4 和它的大小，如果小于则返回 for2_end 继续内层循环，否则顺次进入 for1_end 中，后面为 t3 加 4，判断其和 x5-4（len-1）的大小关系，如果小于则返回 for1 中继续外层循环，否则直接结束程序

每轮冒泡的结果 ¶

（隐私问题，不展示）

最后一次就是排好序后的结果

Bonus¶

由于提供的 interpreter 不支持一般的函数操作，所以使用 sp 指针模拟栈、jal 指针手动跳转来模拟函数行为

swap 函数（从栈上取两个数，交换再放回去）：

swap:
    addi sp, sp, -4
    lw   a0, 0(sp)
    addi sp, sp, -4
    lw   a1, 0(sp)
    add  a2, x0, a1
    add  a1, x0, a0
    add  a0, x0, a2
    sw   a1, 0(sp)
    addi sp, sp, 4
    sw   a0, 0(sp)
    addi sp, sp, 4
    jal  x0, swap_exit

完整代码：

    addi x5, x0, 3
    addi x6, x0, 0
    lui  x6, 0x40
    sw   x5, 0(x6)
    addi x5, x0, 2
    sw   x5, 4(x6)
    addi x5, x0, 1
    sw   x5, 8(x6)
    addi x5, x0, 1
    sw   x5, 0x10(x6)
    ...

    addi sp, x0, 0
    lui  sp, 0x80
    addi x5, x0, 40  # len
    addi t3, x0, 0   # i
for1:
    addi t4, x0, 0   # j
for2:
    add  x7, x6, t4
    lw   t5, 0(x7)
    lw   t6, 4(x7)
    bge  t5, t6, for2_end
    sw   t5, 0(sp)
    addi sp, sp, 4
    sw   t6, 0(sp)
    addi sp, sp, 4
    jal  x0, swap

swap_exit:
    addi sp, sp, -4
    lw   t6, 0(sp)
    addi sp, sp, -4
    lw   t5, 0(sp)
    sw   t5, 0(x7)
    sw   t6, 4(x7)
for2_end:
    addi t4, t4, 4
    addi t6, x0, 4
    sub  t5, x5, t6
    sub  t5, t5, t3
    blt  t4, t5, for2
for1_end:
    addi t3, t3, 4
    addi t6, x0, 4
    sub  t5, x5, t6
    blt  t3, t5, for1
    jal  x0, exit

swap:
    addi sp, sp, -4
    lw   a0, 0(sp)
    addi sp, sp, -4
    lw   a1, 0(sp)
    add  a2, x0, a1
    add  a1, x0, a0
    add  a0, x0, a2
    sw   a1, 0(sp)
    addi sp, sp, 4
    sw   a0, 0(sp)
    addi sp, sp, 4
    jal  x0, swap_exit

exit:
    addi x0, x0, 0

经单步运行测试，结果与原来一致。

最后更新: 2022年11月29日 15:52:39
创建日期: 2022年11月29日 15:52:39