RISC-V: PC绝对与PC相对

Question

我是RISC-V公司的新手。

我在理解何时写PC (程序计数器)相关指令和何时编写PC绝对指令方面有困难。

例如，使用lui和jalr指令的指令被认为是PC-绝对值，而带有auipc的指令和jalr指令被认为是

据我所知，所有指令都将由PC执行，这样做的PC绝对指令似乎是隐藏的(即不知道PC)。

对我来说，那些电脑绝对的指令不会被执行。

有人能提供一些基本的例子来帮助我理解这一点吗？

Answer 1

我认为你的问题是“个人电脑-绝对”的概念，这实际上不是一件事。您的选择是"PC相对“和”绝对“。RISC-V定义了两种寻址指令，使这些模式得以有效实施：

• lui (加载上立即)：这将rd设置为32位值，低12位为0，高20位来自U型即时。
• auipc (将上位立即添加到程序计数器)：这将rd设置为当前PC和32位值之和，低12位为0，高20位来自U型即时。

这些指令本质上是相同的:它们都采用U型直接(即32位数量的高20位)，将其添加到某物中，并在rd中生成结果。不同的是，lui将直接添加到0，而auipc将其添加到PC。有时，更容易将这两种寻址模式看作是“PC相对”和“0相对”，因为这使得区别更加明确。

虽然auipc和lui都被设计成两条指令对中的第一条指令，但是第二条指令并不特别相关。auipc和lui都填写32位地址的高20位，留下它们配对的指令来填充低12位。I和S格式的指令在这里设计得很好，在基本ISA中的每一条指令都有一个I或S变体，这种格式是有意义的。

作为一个具体示例，下面的C代码执行一个非常简单的

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

例如，我们假设全局为0x20000004，而func中第一个指令的PC为0x10000008。

使用-mcmodel=medlow (0-相对寻址模式)编译时，您将得到

func:
    lui a0, 0x20000
    lw  a0, 0x004(a0)

如您所见，全局(0x2000004)的全部绝对地址被填充到指令对中。另一方面，当使用-mcmodel=medany (一种PC相对寻址模式)编译时，您将得到

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

这一次，只有auipc的PC与目标符号之间的偏移量出现在指令对中。这是因为PC显式地(通过使用auipc指令)包括在寻址计算中。在这种情况下，auipc将a0设置为0x2000004：执行的计算是a0 = PC + (imm20 << 12)，这里有PC的0x10000004和imm20的0x10000。

这些PC相对寻址序列还允许一定程度的位置独立性:如果您非常小心地限制您正在做的操作，则可以生成链接的二进制文件，当加载到与它们连接的位置不同的偏移量时，这些二进制文件仍然可以工作。实际上，在POSIX风格的系统中，这还不足以完全独立于位置独立的寻址(这就是为什么我们和其他人一样，也有一个-fPIC参数)，但是如果您是在一个受严格限制的嵌入式系统中，您可能可以逃脱它。

对于最后的问题，就像RISC-RISC中的其他所有内容一样，auipc和lui使用的即时性符号都扩展到了XLEN。在32位系统上，这些寻址模式可以在系统中生成任意地址，但64位系统并非如此。这就是为什么我们把这些称谓模式称为"medany“和"medlow"："med”代表"medium"，意思是一个4 4GiB窗口，所有的全球符号都必须加入其中。“低”部分意味着该窗口以绝对地址0为中心，而在“任意”部分中，此窗口是围绕链接在任何PC上的。

Answer 2

PC-相对 绝对的

如果地址是相对于代码本身的地址计算的，则调用一些指令(或代码) "PC相对“。

当一个地址没有相对于指令本身的地址计算时，您就称指令为“绝对”。

不幸的是，我不知道RISC，但是下面(旧的) 68000 CPU示例向您展示了它的含义：

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

这两个指令都将把地址y加载到寄存器a0中。

然而，两者之间存在着差异：

假设代码位于地址0x1000，地址y位于地址0x2000。

现在，我们将代码移动到地址0x1200，并在那里执行代码。会发生什么呢？

第一条指令将地址0x2200加载到寄存器：

该地址是相对于指令的地址计算的:它被计算为(address of the instruction)+0x1000。由于指令现在位于地址0x1000，而不是0x1200，所以写入寄存器的值将是0x2200，而不是0x2000。

这被称为(PC)相对寻址。

第二条指令将地址0x2000加载到寄存器中。它总是将0x2000值加载到寄存器中--指令本身的地址并不重要。

这被称为绝对寻址。