RISC-Vの関数呼び出しと戻り

#RISC-V

ジャンプ系の疑似命令

以下の関数呼び出しやジャンプ系の命令は jal と jalr に置き換えられる（riscv-spec の Chapter 25 RISC-V Assembly Programmer's Handbook を参照）

j offset ( Jump )

→ jal x0, offset

jal offset ( Jump and link )

→ jal x1, offset

jr rs ( Jump register )

→ jalr x0, 0(rs)

jalr rs ( Jump and link register )

→ jalr x1, 0(rs)

ret ( Return from subroutine )

→ jalr x0, 0(x1)

call offset ( Call far-away fubroutine )

→ auipc x1, offset31:12 + offset11

jalr x1, offset11:0(x1)

各命令の使いどころ

どういう時にどの命令を使えばいい？

関数内のラベルにジャンプ

j offset

近場の関数にジャンプ

jal offset

遠くの関数にジャンプ

call offset

（使い分けがよく分かってないんだけど、同じモジュール内なら jal offset で別のモジュールなら call offset みたいな感じかな？）

関数からのリターン

ret または jr ra （どっちでも良さそう）

自作CPUでは jal と jalr だけ用意すれば良さげ

ジャンプ系の命令も最終的にはjalかjalrになるので、自作CPUではjalとjalrだけを用意すれば良さそう。

jal (Jump And Link)

J形式

code:疑似コード

rd = PC+4; PC += imm

code:使い方

// x1に戻り先のアドレスを保存して、labelへ飛ぶ

jal x1, label

jalr (Jump And Link Reg)

I形式

code:疑似コード

rd = PC+4; PC = rs + imm

code:使い方

// jalで関数を呼び出して、jalrで戻る

jalr x0, x1, 0

J形式とI形式のフォーマット

https://gyazo.com/b421eb85b24d600656563d853ee983cb

疑似命令が出力する機械語を確認

以下のコードをコンパイルした結果を objdump でのぞいてみる

code:foo.S

.text

.globl foo

foo:

ret

jr ra

jalr zero, ra, 0

code:objdump

$ riscv32-unknown-elf-gcc -c foo.S

$ riscv32-unknown-elf-objdump -D foo.o

foo.o: ファイル形式 elf32-littleriscv

セクション .text の逆アセンブル:

00000000 <foo>:

0: 00008067 ret

4: 00008067 ret

8: 00008067 ret

全部 00008067 になってる。逆アセンブル結果は ret になってるけど実態は jalr なんだろうな。

参考

第7回 RV32Iのアセンブラブログラミング

https://www.am.ics.keio.ac.jp/parthenon/rv32isa.pdf

The RISC-V Instruction Set Manual Volume I: Unprivileged ISA (riscv-spec-20191213.pdf)

https://github.com/riscv/riscv-isa-manual/releases/download/Ratified-IMAFDQC/riscv-spec-20191213.pdf