RISC-V 64位架构基础知识
Pwn 速查
- 函数参数：
a0-a7，返回值：a0（128 位返回值可用 a0:a1）。
- Linux 系统调用：调用号放
a7，参数放 a0-a5，指令为 ecall。
ra 会被 call / jal 覆盖；非叶子函数必须保存自己的返回地址。
Note
RISC-V 基础指令通常为 4 字节；启用 RVC 压缩扩展时也会出现 2 字节指令。
RISC-V 64位寄存器详解
通用寄存器 (x0-x31)
| 寄存器 |
ABI 名 |
用途 |
x0 |
zero |
硬件零寄存器 |
x1 |
ra |
返回地址 |
x2 |
sp |
栈指针 |
x3 |
gp |
全局指针 |
x4 |
tp |
线程指针 |
x5-x7 |
t0-t2 |
临时寄存器 |
x8 |
s0/fp |
保存寄存器 / 帧指针 |
x9 |
s1 |
保存寄存器 |
x10-x11 |
a0-a1 |
参数 / 返回值 |
x12-x17 |
a2-a7 |
参数；a7 也放 Linux syscall number |
x18-x27 |
s2-s11 |
保存寄存器 |
x28-x31 |
t3-t6 |
临时寄存器 |
寄存器别名和用途
| 寄存器 |
别名 |
主要用途 |
调用约定 |
x0 |
zero |
硬件零常量 |
常数 0 |
x1 |
ra |
返回地址 |
调用者保存 |
x2 |
sp |
栈指针 |
特殊 / 保持对齐 |
x3 |
gp |
全局指针 |
ABI 相关 |
x4 |
tp |
线程指针 |
ABI 相关 |
x5-x7 |
t0-t2 |
临时寄存器 |
调用者保存 |
x8-x9 |
s0/fp, s1 |
保存寄存器 / 帧指针 |
被调用者保存 |
x10-x17 |
a0-a7 |
参数 / 返回值；a7 为 syscall number |
调用者保存 |
x18-x27 |
s2-s11 |
保存寄存器 |
被调用者保存 |
x28-x31 |
t3-t6 |
临时寄存器 |
调用者保存 |
特殊寄存器
| 寄存器 |
作用 |
pc |
程序计数器 |
mstatus |
机器状态寄存器 |
mtvec |
机器陷阱向量基地址 |
mcause |
机器陷阱原因 |
mtval |
机器陷阱值 |
mip |
机器中断挂起 |
mie |
机器中断使能 |
Warning
用户态 Pwn 通常不能直接读写 mstatus、mtvec 这类机器态 CSR；这里只是说明体系结构中存在这些寄存器。
Linux RISC-V 64位系统调用表
常用系统调用号
常用系统调用号（展开查看）
| C |
|---|
| #define __NR_io_setup 0
#define __NR_io_destroy 1
#define __NR_io_submit 2
#define __NR_io_cancel 3
#define __NR_io_getevents 4
#define __NR_setxattr 5
#define __NR_lsetxattr 6
#define __NR_fsetxattr 7
#define __NR_getxattr 8
#define __NR_lgetxattr 9
#define __NR_fgetxattr 10
#define __NR_listxattr 11
#define __NR_llistxattr 12
#define __NR_flistxattr 13
#define __NR_removexattr 14
#define __NR_lremovexattr 15
#define __NR_fremovexattr 16
#define __NR_getcwd 17
#define __NR_lookup_dcookie 18
#define __NR_eventfd2 19
#define __NR_epoll_create1 20
#define __NR_epoll_ctl 21
#define __NR_epoll_pwait 22
#define __NR_dup 23
#define __NR_dup3 24
#define __NR_fcntl 25
#define __NR_inotify_init1 26
#define __NR_inotify_add_watch 27
#define __NR_inotify_rm_watch 28
#define __NR_ioctl 29
#define __NR_ioprio_set 30
#define __NR_ioprio_get 31
#define __NR_flock 32
#define __NR_mknodat 33
#define __NR_mkdirat 34
#define __NR_unlinkat 35
#define __NR_symlinkat 36
#define __NR_linkat 37
#define __NR_umount2 39
#define __NR_mount 40
#define __NR_pivot_root 41
#define __NR_nfsservctl 42
#define __NR_statfs 43
#define __NR_fstatfs 44
#define __NR_truncate 45
#define __NR_ftruncate 46
#define __NR_fallocate 47
#define __NR_faccessat 48
#define __NR_chdir 49
#define __NR_fchdir 50
#define __NR_chroot 51
#define __NR_fchmod 52
#define __NR_fchmodat 53
#define __NR_fchownat 54
#define __NR_fchown 55
#define __NR_openat 56
#define __NR_close 57
#define __NR_vhangup 58
#define __NR_pipe2 59
#define __NR_quotactl 60
#define __NR_getdents64 61
#define __NR_lseek 62
#define __NR_read 63
#define __NR_write 64
#define __NR_readv 65
#define __NR_writev 66
#define __NR_pread64 67
#define __NR_pwrite64 68
#define __NR_preadv 69
#define __NR_pwritev 70
#define __NR_sendfile 71
#define __NR_pselect6 72
#define __NR_ppoll 73
#define __NR_signalfd4 74
#define __NR_vmsplice 75
#define __NR_splice 76
#define __NR_tee 77
#define __NR_readlinkat 78
#define __NR_fstatat 79
#define __NR_fstat 80
#define __NR_sync 81
#define __NR_fsync 82
#define __NR_fdatasync 83
#define __NR_sync_file_range 84
#define __NR_timerfd_create 85
#define __NR_timerfd_settime 86
#define __NR_timerfd_gettime 87
#define __NR_utimensat 88
#define __NR_acct 89
#define __NR_capget 90
#define __NR_capset 91
#define __NR_personality 92
#define __NR_exit 93
#define __NR_exit_group 94
#define __NR_waitid 95
#define __NR_set_tid_address 96
#define __NR_unshare 97
#define __NR_futex 98
#define __NR_set_robust_list 99
#define __NR_get_robust_list 100
#define __NR_nanosleep 101
#define __NR_getitimer 102
#define __NR_setitimer 103
#define __NR_kexec_load 104
#define __NR_init_module 105
#define __NR_delete_module 106
#define __NR_timer_create 107
#define __NR_timer_gettime 108
#define __NR_timer_getoverrun 109
#define __NR_timer_settime 110
#define __NR_timer_delete 111
#define __NR_clock_settime 112
#define __NR_clock_gettime 113
#define __NR_clock_getres 114
#define __NR_clock_nanosleep 115
#define __NR_syslog 116
#define __NR_ptrace 117
#define __NR_sched_setparam 118
#define __NR_sched_setscheduler 119
#define __NR_sched_getscheduler 120
#define __NR_sched_getparam 121
#define __NR_sched_setaffinity 122
#define __NR_sched_getaffinity 123
#define __NR_sched_yield 124
#define __NR_sched_get_priority_max 125
#define __NR_sched_get_priority_min 126
#define __NR_sched_rr_get_interval 127
#define __NR_restart_syscall 128
#define __NR_kill 129
#define __NR_tkill 130
#define __NR_tgkill 131
#define __NR_sigaltstack 132
#define __NR_rt_sigsuspend 133
#define __NR_rt_sigaction 134
#define __NR_rt_sigprocmask 135
#define __NR_rt_sigpending 136
#define __NR_rt_sigtimedwait 137
#define __NR_rt_sigqueueinfo 138
#define __NR_rt_sigreturn 139
#define __NR_setpriority 140
#define __NR_getpriority 141
#define __NR_reboot 142
#define __NR_setregid 143
#define __NR_setgid 144
#define __NR_setreuid 145
#define __NR_setuid 146
#define __NR_setresuid 147
#define __NR_getresuid 148
#define __NR_setresgid 149
#define __NR_getresgid 150
#define __NR_setfsuid 151
#define __NR_setfsgid 152
#define __NR_times 153
#define __NR_setpgid 154
#define __NR_getpgid 155
#define __NR_getsid 156
#define __NR_setsid 157
#define __NR_getgroups 158
#define __NR_setgroups 159
#define __NR_uname 160
#define __NR_sethostname 161
#define __NR_setdomainname 162
#define __NR_getrlimit 163
#define __NR_setrlimit 164
#define __NR_getrusage 165
#define __NR_umask 166
#define __NR_prctl 167
#define __NR_getcpu 168
#define __NR_gettimeofday 169
#define __NR_settimeofday 170
#define __NR_adjtimex 171
#define __NR_getpid 172
#define __NR_getppid 173
#define __NR_getuid 174
#define __NR_geteuid 175
#define __NR_getgid 176
#define __NR_getegid 177
#define __NR_gettid 178
#define __NR_sysinfo 179
#define __NR_mq_open 180
#define __NR_mq_unlink 181
#define __NR_mq_timedsend 182
#define __NR_mq_timedreceive 183
#define __NR_mq_notify 184
#define __NR_mq_getsetattr 185
#define __NR_msgget 186
#define __NR_msgctl 187
#define __NR_msgrcv 188
#define __NR_msgsnd 189
#define __NR_semget 190
#define __NR_semctl 191
#define __NR_semtimedop 192
#define __NR_semop 193
#define __NR_shmget 194
#define __NR_shmctl 195
#define __NR_shmat 196
#define __NR_shmdt 197
#define __NR_socket 198
#define __NR_socketpair 199
#define __NR_bind 200
#define __NR_listen 201
#define __NR_accept 202
#define __NR_connect 203
#define __NR_getsockname 204
#define __NR_getpeername 205
#define __NR_sendto 206
#define __NR_recvfrom 207
#define __NR_setsockopt 208
#define __NR_getsockopt 209
#define __NR_shutdown 210
#define __NR_sendmsg 211
#define __NR_recvmsg 212
#define __NR_readahead 213
#define __NR_brk 214
#define __NR_munmap 215
#define __NR_mremap 216
#define __NR_add_key 217
#define __NR_request_key 218
#define __NR_keyctl 219
#define __NR_clone 220
#define __NR_execve 221
#define __NR_mmap 222
#define __NR_fadvise64 223
#define __NR_swapon 224
#define __NR_swapoff 225
#define __NR_mprotect 226
#define __NR_msync 227
#define __NR_mlock 228
#define __NR_munlock 229
#define __NR_mlockall 230
#define __NR_munlockall 231
#define __NR_mincore 232
#define __NR_madvise 233
#define __NR_remap_file_pages 234
#define __NR_mbind 235
#define __NR_get_mempolicy 236
#define __NR_set_mempolicy 237
#define __NR_migrate_pages 238
#define __NR_move_pages 239
#define __NR_rt_tgsigqueueinfo 240
#define __NR_perf_event_open 241
#define __NR_accept4 242
#define __NR_recvmmsg 243
#define __NR_arch_specific_syscall 244
#define __NR_wait4 260
#define __NR_prlimit64 261
#define __NR_fanotify_init 262
#define __NR_fanotify_mark 263
#define __NR_name_to_handle_at 264
#define __NR_open_by_handle_at 265
#define __NR_clock_adjtime 266
#define __NR_syncfs 267
#define __NR_setns 268
#define __NR_sendmmsg 269
#define __NR_process_vm_readv 270
#define __NR_process_vm_writev 271
#define __NR_kcmp 272
#define __NR_finit_module 273
#define __NR_sched_setattr 274
#define __NR_sched_getattr 275
#define __NR_renameat2 276
#define __NR_seccomp 277
#define __NR_getrandom 278
#define __NR_memfd_create 279
#define __NR_bpf 280
#define __NR_execveat 281
#define __NR_userfaultfd 282
#define __NR_membarrier 283
#define __NR_mlock2 284
#define __NR_copy_file_range 285
#define __NR_preadv2 286
#define __NR_pwritev2 287
#define __NR_pkey_mprotect 288
#define __NR_pkey_alloc 289
#define __NR_pkey_free 290
#define __NR_statx 291
#define __NR_io_pgetevents 292
#define __NR_rseq 293
#define __NR_kexec_file_load 294
#define __NR_pidfd_send_signal 424
#define __NR_io_uring_setup 425
#define __NR_io_uring_enter 426
#define __NR_io_uring_register 427
#define __NR_open_tree 428
#define __NR_move_mount 429
#define __NR_fsopen 430
#define __NR_fsconfig 431
#define __NR_fsmount 432
#define __NR_fspick 433
#define __NR_pidfd_open 434
#define __NR_clone3 435
#define __NR_close_range 436
#define __NR_openat2 437
#define __NR_pidfd_getfd 438
#define __NR_faccessat2 439
#define __NR_process_madvise 440
#define __NR_epoll_pwait2 441
#define __NR_mount_setattr 442
#define __NR_quotactl_fd 443
#define __NR_landlock_create_ruleset 444
#define __NR_landlock_add_rule 445
#define __NR_landlock_restrict_self 446
#define __NR_memfd_secret 447
#define __NR_process_mrelease 448
#define __NR_futex_waitv 449
#define __NR_set_mempolicy_home_node 450
|
系统调用约定
系统调用查询
| 项目 |
约定 |
| 系统调用号 |
a7 (x17) |
| 参数 1-6 |
a0-a5 (x10-x15) |
| 返回值 |
a0 (x10) |
| 错误 |
Linux 通常在 a0 返回 -errno（约 -4095 到 -1）表示失败 |
| 触发指令 |
ecall |
系统调用示例
| GAS |
|---|
| ; write(1, "Hello", 5)
li a0, 1 ; fd = 1 (stdout)
la a1, hello_str ; buf = "Hello"
li a2, 5 ; count = 5
li a7, 64 ; __NR_write
ecall ; 系统调用
; exit(0)
li a0, 0 ; status = 0
li a7, 93 ; __NR_exit
ecall
|
函数调用约定 (RISC-V ABI)
参数传递
| 项目 |
RISC-V ABI 约定 |
| 前 8 个参数 |
a0-a7 (x10-x17) |
| 更多参数 |
通过栈上传参区域传递 |
| 返回值 |
a0 (x10) (64 位), a0:a1 (x10:x11) (128 位) |
| 栈对齐 |
函数入口 sp 保持 16 字节对齐 |
Note
call 会覆盖 ra，所以只要当前函数之后还要返回上一级，就要先保存 ra。
栈帧结构
| Text Only |
|---|
| 高地址
+------------------+
| 第n个参数 | <- 超过a0-a7的参数
| ... |
| 第9个参数 |
+------------------+
| 返回地址 (ra) | <- 函数调用时保存
| 老的帧指针(fp) | <- 可选
| 局部变量 |
| 保存的寄存器 | <- s0-s11需要保存
+------------------+ <- sp (当前栈指针)
低地址
|
函数调用流程
| GAS |
|---|
| ; 调用者函数 (Caller，非叶子函数示例)
addi sp, sp, -32 ; 分配栈空间并保持16字节对齐
sd ra, 24(sp) ; call 会覆盖 ra，非叶子函数必须保存自己的返回地址
sd s0, 16(sp) ; 如果调用者自己使用了 s 寄存器，也要保存
li a0, arg1 ; 设置参数1
li a1, arg2 ; 设置参数2
call function ; 调用函数
; a0 包含返回值
ld ra, 24(sp) ; 恢复返回地址
ld s0, 16(sp) ; 恢复寄存器
addi sp, sp, 32 ; 释放栈空间
ret ; 返回
; 被调用者 (Callee)
function:
addi sp, sp, -32 ; 分配栈空间
sd ra, 24(sp) ; 保存返回地址
sd s0, 16(sp) ; 保存需要使用的寄存器
; 函数体
li a0, return_val ; 设置返回值
ld ra, 24(sp) ; 恢复返回地址
ld s0, 16(sp) ; 恢复寄存器
addi sp, sp, 32 ; 释放栈空间
ret ; 返回
|
指令集合
RISC-V 基础指令通常为 4 字节；启用压缩指令扩展（RVC）时也会出现 2 字节指令。
指令格式
RISC-V 使用多种指令格式：
| Text Only |
|---|
| R-type: funct7 | rs2 | rs1 | funct3 | rd | opcode
I-type: imm\[11:0\] | rs1 | funct3 | rd | opcode
S-type: imm\[11:5\] | rs2 | rs1 | funct3 | imm\[4:0\] | opcode
B-type: imm\[12|10:5\] | rs2 | rs1 | funct3 | imm\[4:1|11\] | opcode
U-type: imm\[31:12\] | rd | opcode
J-type: imm\[20|10:1|11|19:12\] | rd | opcode
|
一般汇编格式：
| GAS |
|---|
| MNEMONIC rd, rs1, rs2/imm
助记符 目的寄存器, 源寄存器1, 源寄存器2/立即数
|
指令分类
RISC-V指令可以分为以下几类：
Note
MUL/DIV/REM 等乘除法指令来自 M 扩展；多数 Linux 发行版目标会包含该扩展，但阅读极简内核或裸机题时仍需确认 ELF/CPU 支持情况。
整数计算指令（XLEN / 64 位）
| 指令 |
含义 |
示例 |
描述 |
| ADD |
寄存器相加 |
add rd, rs1, rs2 |
rd = rs1 + rs2 |
| ADDI |
立即数相加 |
addi rd, rs1, imm |
rd = rs1 + imm |
| SUB |
寄存器相减 |
sub rd, rs1, rs2 |
rd = rs1 - rs2 |
| MUL |
乘法 |
mul rd, rs1, rs2 |
rd = rs1 * rs2 |
| MULH |
高位乘法 |
mulh rd, rs1, rs2 |
rd = (rs1 * rs2) >> 64 |
| DIV |
有符号除法 |
div rd, rs1, rs2 |
rd = rs1 / rs2 |
| DIVU |
无符号除法 |
divu rd, rs1, rs2 |
rd = rs1 / rs2 (无符号) |
| REM |
有符号求余 |
rem rd, rs1, rs2 |
rd = rs1 % rs2 |
| REMU |
无符号求余 |
remu rd, rs1, rs2 |
rd = rs1 % rs2 (无符号) |
字运算指令（32 位结果符号扩展）
| 指令 |
含义 |
示例 |
描述 |
| ADDW |
字相加 |
addw rd, rs1, rs2 |
rd = sext((rs1 + rs2)[31:0]) |
| ADDIW |
立即数字相加 |
addiw rd, rs1, imm |
rd = sext((rs1 + imm)[31:0]) |
| SUBW |
字相减 |
subw rd, rs1, rs2 |
rd = sext((rs1 - rs2)[31:0]) |
| MULW |
字乘法 |
mulw rd, rs1, rs2 |
rd = sext((rs1 * rs2)[31:0]) |
| DIVW |
有符号字除法 |
divw rd, rs1, rs2 |
rd = sext(rs1[31:0] / rs2[31:0]) |
| DIVUW |
无符号字除法 |
divuw rd, rs1, rs2 |
rd = sext(rs1[31:0] / rs2[31:0]) |
| REMW |
有符号字求余 |
remw rd, rs1, rs2 |
rd = sext(rs1[31:0] % rs2[31:0]) |
| REMUW |
无符号字求余 |
remuw rd, rs1, rs2 |
rd = sext(rs1[31:0] % rs2[31:0]) |
逻辑运算指令
| 指令 |
含义 |
示例 |
描述 |
| AND |
位与 |
and rd, rs1, rs2 |
rd = rs1 & rs2 |
| ANDI |
立即数位与 |
andi rd, rs1, imm |
rd = rs1 & imm |
| OR |
位或 |
or rd, rs1, rs2 |
rd = rs1 | rs2 |
| ORI |
立即数位或 |
ori rd, rs1, imm |
rd = rs1 | imm |
| XOR |
位异或 |
xor rd, rs1, rs2 |
rd = rs1 ^ rs2 |
| XORI |
立即数位异或 |
xori rd, rs1, imm |
rd = rs1 ^ imm |
移位指令
| 指令 |
含义 |
示例 |
描述 |
| SLL |
逻辑左移 |
sll rd, rs1, rs2 |
rd = rs1 << rs2 |
| SLLI |
立即数逻辑左移 |
slli rd, rs1, shamt |
rd = rs1 << shamt |
| SRL |
逻辑右移 |
srl rd, rs1, rs2 |
rd = rs1 >> rs2 (逻辑) |
| SRLI |
立即数逻辑右移 |
srli rd, rs1, shamt |
rd = rs1 >> shamt (逻辑) |
| SRA |
算术右移 |
sra rd, rs1, rs2 |
rd = rs1 >> rs2 (算术) |
| SRAI |
立即数算术右移 |
srai rd, rs1, shamt |
rd = rs1 >> shamt (算术) |
移位指令 (64位)
| 指令 |
含义 |
示例 |
描述 |
| SLLW |
字逻辑左移 |
sllw rd, rs1, rs2 |
rd = sext((rs1 << rs2[4:0])[31:0]) |
| SLLIW |
立即数字逻辑左移 |
slliw rd, rs1, shamt |
rd = sext((rs1 << shamt)[31:0]) |
| SRLW |
字逻辑右移 |
srlw rd, rs1, rs2 |
rd = sext(rs1[31:0] >> rs2[4:0]) |
| SRLIW |
立即数字逻辑右移 |
srliw rd, rs1, shamt |
rd = sext(rs1[31:0] >> shamt) |
| SRAW |
字算术右移 |
sraw rd, rs1, rs2 |
rd = sext(rs1[31:0] >> rs2[4:0]) |
| SRAIW |
立即数字算术右移 |
sraiw rd, rs1, shamt |
rd = sext(rs1[31:0] >> shamt) |
比较指令
| 指令 |
含义 |
示例 |
描述 |
| SLT |
小于设置 |
slt rd, rs1, rs2 |
rd = (rs1 < rs2) ? 1 : 0 |
| SLTI |
立即数小于设置 |
slti rd, rs1, imm |
rd = (rs1 < imm) ? 1 : 0 |
| SLTU |
无符号小于设置 |
sltu rd, rs1, rs2 |
rd = (rs1 < rs2) ? 1 : 0 (无符号) |
| SLTIU |
立即数无符号小于设置 |
sltiu rd, rs1, imm |
rd = (rs1 < imm) ? 1 : 0 (无符号) |
分支指令
| 指令 |
含义 |
示例 |
描述 |
| BEQ |
相等分支 |
beq rs1, rs2, label |
如果 rs1 == rs2 跳转 |
| BNE |
不等分支 |
bne rs1, rs2, label |
如果 rs1 != rs2 跳转 |
| BLT |
小于分支 |
blt rs1, rs2, label |
如果 rs1 < rs2 跳转 |
| BGE |
大于等于分支 |
bge rs1, rs2, label |
如果 rs1 >= rs2 跳转 |
| BLTU |
无符号小于分支 |
bltu rs1, rs2, label |
如果 rs1 < rs2 跳转 (无符号) |
| BGEU |
无符号大于等于分支 |
bgeu rs1, rs2, label |
如果 rs1 >= rs2 跳转 (无符号) |
跳转指令
| 指令 |
含义 |
示例 |
描述 |
| JAL |
跳转并链接 |
jal rd, label |
rd = pc + 4; pc = pc + offset |
| JALR |
寄存器跳转并链接 |
jalr rd, rs1, imm |
rd = pc + 4; pc = (rs1 + imm) & ~1 |
加载/存储指令 (32位)
| 指令 |
含义 |
示例 |
描述 |
| LW |
加载字 |
lw rd, offset(rs1) |
rd = M[rs1 + offset] |
| LH |
加载半字 |
lh rd, offset(rs1) |
rd = M[rs1 + offset] (符号扩展) |
| LHU |
加载无符号半字 |
lhu rd, offset(rs1) |
rd = M[rs1 + offset] (零扩展) |
| LB |
加载字节 |
lb rd, offset(rs1) |
rd = M[rs1 + offset] (符号扩展) |
| LBU |
加载无符号字节 |
lbu rd, offset(rs1) |
rd = M[rs1 + offset] (零扩展) |
| SW |
存储字 |
sw rs2, offset(rs1) |
M[rs1 + offset] = rs2 |
| SH |
存储半字 |
sh rs2, offset(rs1) |
M[rs1 + offset] = rs2[15:0] |
| SB |
存储字节 |
sb rs2, offset(rs1) |
M[rs1 + offset] = rs2[7:0] |
加载/存储指令 (64位)
| 指令 |
含义 |
示例 |
描述 |
| LD |
加载双字 |
ld rd, offset(rs1) |
rd = M[rs1 + offset] |
| LWU |
加载无符号字 |
lwu rd, offset(rs1) |
rd = M[rs1 + offset] (零扩展到64位) |
| SD |
存储双字 |
sd rs2, offset(rs1) |
M[rs1 + offset] = rs2 |
立即数加载指令
| 指令 |
含义 |
示例 |
描述 |
| LUI |
加载高位立即数 |
lui rd, imm |
rd = imm << 12 |
| AUIPC |
PC相对高位立即数 |
auipc rd, imm |
rd = pc + (imm << 12) |
系统指令
| 指令 |
含义 |
示例 |
描述 |
| ECALL |
环境调用 |
ecall |
触发系统调用 |
| EBREAK |
环境断点 |
ebreak |
触发调试断点 |
| FENCE |
内存屏障 |
fence |
内存操作排序 |
伪指令
RISC-V 汇编器支持许多伪指令，简化编程：
| 伪指令 |
实际指令 |
示例 |
描述 |
| NOP |
addi x0, x0, 0 |
nop |
空操作 |
| LI |
addi rd, x0, imm 或多条指令 |
li t0, 100 |
加载立即数 |
| MV |
addi rd, rs, 0 |
mv t0, t1 |
寄存器移动 |
| NOT |
xori rd, rs, -1 |
not t0, t1 |
按位取反 |
| NEG |
sub rd, x0, rs |
neg t0, t1 |
取负数 |
| NEGW |
subw rd, x0, rs |
negw t0, t1 |
取负数(32位) |
| LA |
多条指令 |
la t0, symbol |
加载地址 |
| J |
jal x0, offset |
j label |
无条件跳转 |
| JR |
jalr x0, rs, 0 |
jr ra |
寄存器跳转 |
| CALL |
auipc ra, offset[31:12] + jalr ra, ra, offset[11:0] |
call func |
函数调用 |
| RET |
jalr x0, ra, 0 |
ret |
函数返回 |
寻址模式
RISC-V 支持以下寻址模式：
立即数寻址
| GAS |
|---|
| addi t0, zero, 100 # t0 = 0 + 100
li t0, 100 # 伪指令，等价于上面
|
寄存器寻址
| GAS |
|---|
| add t0, t1, t2 # t0 = t1 + t2
mv t0, t1 # t0 = t1 (伪指令)
|
基址+偏移寻址
| GAS |
|---|
| ld t0, 8(sp) # t0 = M[sp + 8]
sd t0, -8(t1) # M[t1 - 8] = t0
|
PC相对寻址
| GAS |
|---|
| auipc t0, 0x10000 # t0 = pc + (0x10000 << 12)
|
符号地址寻址
| GAS |
|---|
| la t0, symbol # 加载符号地址
lui t0, %hi(symbol) # 加载符号高位
addi t0, t0, %lo(symbol) # 加载符号低位
|
重点指令详解
算术运算指令
| 指令 |
计算公式 |
示例 |
备注 |
| ADD rd, rs1, rs2 |
rd = rs1 + rs2 |
add t0, t1, t2 |
64位加法 |
| ADDI rd, rs1, imm |
rd = rs1 + imm |
addi t0, t1, 100 |
立即数加法 |
| SUB rd, rs1, rs2 |
rd = rs1 - rs2 |
sub t0, t1, t2 |
64位减法 |
| ADDW rd, rs1, rs2 |
rd = sext((rs1 + rs2)[31:0]) |
addw t0, t1, t2 |
32位加法，符号扩展 |
| SUBW rd, rs1, rs2 |
rd = sext((rs1 - rs2)[31:0]) |
subw t0, t1, t2 |
32位减法，符号扩展 |
| MUL rd, rs1, rs2 |
rd = (rs1 * rs2)[63:0] |
mul t0, t1, t2 |
乘法低64位 |
| MULH rd, rs1, rs2 |
rd = (rs1 * rs2)[127:64] |
mulh t0, t1, t2 |
有符号乘法高64位 |
| MULHU rd, rs1, rs2 |
rd = (rs1 * rs2)[127:64] |
mulhu t0, t1, t2 |
无符号乘法高64位 |
| MULHSU rd, rs1, rs2 |
rd = (rs1 * rs2)[127:64] |
mulhsu t0, t1, t2 |
有符号×无符号乘法高64位 |
| DIV rd, rs1, rs2 |
rd = rs1 / rs2 |
div t0, t1, t2 |
有符号除法 |
| DIVU rd, rs1, rs2 |
rd = rs1 / rs2 |
divu t0, t1, t2 |
无符号除法 |
| REM rd, rs1, rs2 |
rd = rs1 % rs2 |
rem t0, t1, t2 |
有符号求余 |
| REMU rd, rs1, rs2 |
rd = rs1 % rs2 |
remu t0, t1, t2 |
无符号求余 |
数据传输指令示例
| 指令 |
目的 |
源 |
描述 |
| MV |
t0 |
t1 |
将 t1 里面的数据复制到 t0 中 |
| LI |
t0 |
0x1234 |
将立即数0x1234加载到t0中 |
| LA |
t0 |
symbol |
将符号地址加载到t0中 |
| LD |
t0 |
0(t1) |
从t1指向的地址加载双字到t0 |
| LW |
t0 |
4(t1) |
从t1+4地址加载字到t0 |
| SD |
t1 |
0(t0) |
将 t1 中的值写入到 t0 中所保存的地址中 |
栈操作指令
RISC-V 没有专门的栈指令，使用加载/存储指令操作栈：
| 操作 |
指令序列 |
描述 |
等价效果 |
| PUSH t0 |
addi sp, sp, -8 + sd t0, 0(sp) |
将 t0 压栈 |
减少栈指针，存储值 |
| POP t0 |
ld t0, 0(sp) + addi sp, sp, 8 |
从栈中弹出到 t0 |
加载值，增加栈指针 |
| 保存返回地址 |
addi sp, sp, -8 + sd ra, 0(sp) |
保存返回地址 |
函数序言 |
| 恢复返回地址 |
ld ra, 0(sp) + addi sp, sp, 8 |
恢复返回地址 |
函数结尾 |
常用编程模式
循环结构
| GAS |
|---|
| # for循环示例: for(int i=0; i<10; i++)
li t0, 0 # i = 0
li t1, 10 # 循环上界
loop:
bge t0, t1, loop_end # 如果 i >= 10 跳出循环
# 循环体代码
addi t0, t0, 1 # i++
j loop # 跳回循环开始
loop_end:
# while循环示例: while(condition)
while_loop:
# 检查条件的代码
beq t0, zero, while_end # 条件为假则退出
# 循环体代码
j while_loop # 继续循环
while_end:
|
条件判断
| GAS |
|---|
| # if-else 结构
li t1, 5
blt t0, t1, else_branch # 如果 t0 < 5 跳到 else
# if 分支代码
li t2, 1
j endif
else_branch:
# else 分支代码
li t2, 0
endif:
# switch-case 结构
li t1, 1
beq t0, t1, case1
li t1, 2
beq t0, t1, case2
li t1, 3
beq t0, t1, case3
j default_case
case1:
# case 1 代码
j switch_end
case2:
# case 2 代码
j switch_end
case3:
# case 3 代码
j switch_end
default_case:
# 默认情况代码
switch_end:
|
函数调用模板
| GAS |
|---|
| # 标准函数模板
function_name:
addi sp, sp, -32 # 为局部变量分配栈空间
sd ra, 24(sp) # 保存返回地址
sd s0, 16(sp) # 保存需要使用的寄存器
sd s1, 8(sp)
# 函数体
# 参数在 a0-a7 中
# 局部变量使用栈空间
li a0, return_val # 设置返回值
ld ra, 24(sp) # 恢复返回地址
ld s0, 16(sp) # 恢复寄存器
ld s1, 8(sp)
addi sp, sp, 32 # 释放栈空间
ret # 返回
# 调用函数
li a0, arg1 # 第一个参数
li a1, arg2 # 第二个参数
li a2, arg3 # 第三个参数
li a3, arg4 # 第四个参数
call function_name # 调用函数
# 返回值在 a0 中
|
数组操作
| GAS |
|---|
| # 数组遍历示例
la t0, array_base # 数组基地址
li t1, 0 # 索引 i = 0
li t2, array_size # 数组大小
array_loop:
bge t1, t2, array_end # i >= size 则结束
slli t3, t1, 3 # t3 = i * 8 (假设long数组)
add t3, t0, t3 # t3 = 数组基地址 + i*8
ld t4, 0(t3) # 加载 array[i]
# 处理 t4 中的数据
addi t1, t1, 1 # i++
j array_loop
array_end:
# 字符串长度计算
la t0, string_ptr # 字符串指针
li t1, 0 # 长度计数器
strlen_loop:
add t2, t0, t1 # t2 = 字符串地址 + 偏移
lb t3, 0(t2) # 加载当前字符
beq t3, zero, strlen_end # 检查是否为'\0'
addi t1, t1, 1 # 长度++
j strlen_loop
strlen_end:
# t1 包含字符串长度
|
位操作技巧
| GAS |
|---|
| # 检查第n位是否为1
li t1, 1
sll t1, t1, t0 # t1 = 1 << n
and t3, t2, t1 # 测试 t2 的第n位
bne t3, zero, bit_is_set # 如果位为1则跳转
# 设置第n位为1
li t1, 1
sll t1, t1, t0 # t1 = 1 << n
or t2, t2, t1 # t2 |= (1 << n)
# 清除第n位
li t1, 1
sll t1, t1, t0 # t1 = 1 << n
not t1, t1 # t1 = ~(1 << n)
and t2, t2, t1 # t2 &= ~(1 << n)
# 切换第n位
li t1, 1
sll t1, t1, t0 # t1 = 1 << n
xor t2, t2, t1 # t2 ^= (1 << n)
# 计算2的幂次
li t1, 1
sll t1, t1, t0 # t1 = 2^t0
# 除以2的幂次(无符号)
srl t1, t2, t0 # t1 = t2 / (2^t0)
# 除以2的幂次(有符号)
sra t1, t2, t0 # t1 = t2 / (2^t0) (保持符号)
|
内存对齐和优化
| GAS |
|---|
| # 8字节对齐检查
andi t1, t0, 7 # 检查低3位
bne t1, zero, not_aligned # 如果不为0则未对齐
# 向上对齐到8字节边界
addi t0, t0, 7 # t0 += 7
andi t0, t0, -8 # t0 &= ~7
# 向下对齐到8字节边界
andi t0, t0, -8 # t0 &= ~7
# 快速清零内存块
mv t1, t0 # 保存起始地址
add t2, t0, t3 # 计算结束地址
clear_loop:
bge t1, t2, clear_end
sd zero, 0(t1) # 存储0
addi t1, t1, 8 # 递增地址
j clear_loop
clear_end:
|
64位特有操作
| GAS |
|---|
| # 32位运算并符号扩展
addw t0, t1, t2 # 32位加法，结果符号扩展到64位
subw t0, t1, t2 # 32位减法，结果符号扩展到64位
mulw t0, t1, t2 # 32位乘法，结果符号扩展到64位
# 64位立即数加载
li t0, 0x123456789abcdef0 # 加载64位立即数
# 混合32位和64位操作
lwu t0, 0(t1) # 加载32位值，零扩展到64位
lw t0, 0(t1) # 加载32位值，符号扩展到64位
sw t0, 0(t1) # 存储32位值
sd t0, 0(t1) # 存储64位值
# 字移位操作
slliw t0, t1, 5 # 32位左移5位，符号扩展到64位
srliw t0, t1, 5 # 32位逻辑右移5位，符号扩展到64位
sraiw t0, t1, 5 # 32位算术右移5位，符号扩展到64位
|
这些编程模式涵盖了RISC-V 64位汇编中最常用的结构和技巧，可以作为编写RISC-V 64位汇编程序的参考模板。