Question

我是RISC-V的新手。

我在理解何时编写PC（程序计数器）相关指令以及何时编写PC绝对指令方面遇到困难。

例如，使用 lui 后跟 jalr 的指令被认为是 PC绝对，而使用 auipc < / strong>后跟 jalr 指令被视为相对于PC 。

据我了解，所有指令都将由PC执行，因此执行此类PC绝对指令似乎是隐藏的（即，在不了解PC的情况下）。

对我来说，那些PC绝对指令将不会执行。

有人可以提供一些基本示例来帮助我理解吗？

Answer 1

相对于PC
绝对

如果相对于代码本身的地址计算地址，则称某些指令（或代码）为“ PC相对”。

当未计算相对于指令本身地址的地址时，您将指令称为“绝对”。

不幸的是，我不了解RISC V CPU，但是下面的（旧）68000 CPU示例显示了您的意思：

x:
    lea.l (PC+y-x-2), a0
    lea.l (y).l, a0
  ...
y:

两条指令都将地址y加载到寄存器a0中。

但是有区别：

假设代码位于地址0x1000，地址y位于地址0x2000。

现在，我们将代码移至地址0x1200，然后在此处执行代码。会发生什么？

第一条指令会将地址0x2200加载到寄存器：

该地址是相对于指令地址的计算的：它计算为(address of the instruction)+0x1000。而且由于该指令现在位于地址0x1000而不是0x1200，因此要写入寄存器的值将是0x2200，而不是0x2000。

这称为（PC）相对寻址。

第二条指令会将地址0x2000加载到寄存器中。它总是将值0x2000加载到寄存器中-指令本身的地址无关紧要。

这称为绝对寻址。

Answer 2

我认为您遇到的问题是“绝对PC”的概念，这实际上不是问题。您可以选择“相对PC”和“绝对”。 RISC-V定义了两个寻址指令，可以有效地实现这些模式：

lui（立即加载上限）：将rd设置为32位值，其中低12位为0，高20位来自U型立即数。
auipc（在程序计数器中添加高位立即数）：这会将rd设置为当前PC与一个32位值之和，低12位为0，高20位为后从U型即时开始。

这些指令本质上是相同的：它们都采用U型立即数（即32位数量的高20位），将其加到某个东西上，并在rd中产生结果。区别在于lui将该立即数添加到0，而auipc将该立即数添加到PC。有时，将两种寻址模式分别认为是“相对于PC”和“相对于0”是比较容易的，因为这样会使区分更加明确。

虽然auipc和lui都设计为在两个指令对中用作第一条指令，但第二条指令并不是特别相关。 auipc和lui都填充32位地址的高20位，而留下与它们配对的指令以填充低12位。 I和S格式的指令在这里设计成可以很好地配对，并且基本ISA中的每个指令都有一个I或S变体，对于这种格式来说，这是有意义的。

作为一个具体示例，以下C代码执行非常简单的

int global;
int func(void) { return global; }

作为一个例子，我们假设global在0x20000004处并且func中的第一条指令的PC是0x10000008。

使用-mcmodel=medlow（0相对寻址模式）进行编译时，您将获得

func:
    lui a0, 0x20000
    lw  a0, 0x008(a0)

如您所见，全局（0x2000004）的完整绝对地址已填充到指令对中。另一方面，使用-mcmodel=medany（相对于PC的寻址模式）进行编译时，您会得到

func:
    auipc a0, 0x10000
    lw    a0, 0x004(a0)

这一次，仅auipc的PC与目标符号之间的偏移出现在指令对中。发生这种情况是因为PC已明确（通过使用auipc指令）包含在寻址计算中。在这种情况下，auipc将a0设置为0x2000004：执行的计算是a0 = PC + (imm20 << 12)，这里我们有0x10000004用于PC和{{1 }} 0x10000。

这些相对于PC的寻址序列还允许一定程度的位置独立性：如果您非常谨慎地限制正在执行的操作，则可以生成链接的二进制文件，该二进制文件在以与它们的位置不同的偏移量加载时仍然可以工作。重新链接。在实践中，这不足以在POSIX风格的系统中进行完全独立于位置的寻址（这就是为什么我们像其他所有人一样也有一个imm20自变量的原因），但是如果您处于严格受限的嵌入式系统中您也许可以摆脱它。

对于最后的皱纹，就像RISC-V ISA中的几乎所有其他内容一样，-fPIC和auipc使用的立即数被符号扩展为XLEN。在32位系统上，这些寻址模式可以在系统中生成任何地址，但对于64位系统则不是这样。这就是为什么我们将这些寻址模式称为“ medany”和“ medlow”：“ med”代表“ medium”的意思，这意味着所有全局符号必须适合的4GiB窗口。 “低”部分表示此窗口以绝对地址0为中心，而“任意”部分表示此窗口以其链接到的PC为中心。

RISC-V：PC绝对与PC相对

2 个答案: