4. RISC-V 汇编基础：从寄存器到第一个程序

好，咱们进入正题。RISC-V 的汇编，说实话，是我见过最清爽的指令集之一。你想想看，一个指令集能精简到一页纸就能写完，这在当今的处理器世界里简直是一股清流。我当年从 ARM 转到 RISC-V 时，第一反应是：就这？但用久了你会发现，这种精简恰恰是它的力量所在。

4.1 RISC-V 寄存器组：你的 32 个临时工

RISC-V 有 32 个通用寄存器，编号从 x0 到 x31。每个寄存器都是 32 位宽（RV32）或 64 位宽（RV64）。咱们课程主要用 RV64，但寄存器数量是一样的。

这里有个特殊角色——x0。它永远返回 0，你写啥进去都没用。我在项目中见过新手往 x0 里写数据，然后 debug 半天找不到问题……嗯，x0 就是硬件的“零线”，别想着用它存东西。

4.2 指令格式：RISC-V 的四种“骨架”

RISC-V 指令长度固定为 32 位（基础指令集）。所有指令分成四种格式：R 型、I 型、S 型、U 型。还有分支用的 B 型和跳转用的 J 型，但本质上是 S 型和 U 型的变体。

说白了，你只要记住：

• R 型：两个源寄存器 + 一个目标寄存器。比如 add x1, x2, x3。
• I 型：一个源寄存器 + 立即数 + 目标寄存器。比如 addi x1, x2, 100。
• S 型：两个源寄存器 + 立即数（用于存储）。比如 sw x1, 0(x2)。
• U 型：目标寄存器 + 20 位立即数。比如 lui x1, 0x12345。

4.3 常用汇编指令：你只需要记住这 10 条

说实话，RISC-V 基础指令集只有 40 多条，但日常写固件，常用的不超过 15 条。我列个清单，你照着练就行。

4.3.1 Load / Store：搬数据

• ld rd, offset(rs1) — 从内存加载 64 位数据到 rd
• lw rd, offset(rs1) — 加载 32 位（符号扩展）
• lbu rd, offset(rs1) — 加载 8 位（无符号扩展）
• sd rs2, offset(rs1) — 将 rs2 的 64 位数据存到内存
• sw rs2, offset(rs1) — 存 32 位
• sb rs2, offset(rs1) — 存 8 位

4.3.2 算术运算：算数

• add rd, rs1, rs2 — rd = rs1 + rs2
• addi rd, rs1, imm — rd = rs1 + 立即数
• sub rd, rs1, rs2 — rd = rs1 - rs2
• mul rd, rs1, rs2 — rd = rs1 * rs2（低 64 位）
• div rd, rs1, rs2 — rd = rs1 / rs2
• rem rd, rs1, rs2 — rd = rs1 % rs2

4.3.3 分支与跳转：控制流

• beq rs1, rs2, label — 相等则跳转
• bne rs1, rs2, label — 不等则跳转
• blt rs1, rs2, label — 有符号小于则跳转
• bge rs1, rs2, label — 有符号大于等于则跳转
• jal rd, label — 跳转并链接（存返回地址到 rd）
• jalr rd, rs1, offset — 间接跳转并链接

4.4 第一个汇编程序：点亮 QEMU 的“LED”

咱们在 QEMU 上跑一个最简单的程序：把 0x12345678 写入内存地址 0x10000000（QEMU virt 平台的 UART 基址），然后死循环。说白了，就是往串口写一个数，虽然你看不到输出，但 QEMU 的日志里能抓到。

# first.S — 我的第一个 RISC-V 汇编程序
.section .text
.globl _start

_start:
    # 把立即数 0x12345678 加载到 t0
    lui   t0, 0x12345       # t0 = 0x12345000
    addi  t0, t0, 0x678     # t0 = 0x12345678

    # 把地址 0x10000000 加载到 t1
    lui   t1, 0x10000       # t1 = 0x10000000

    # 将 t0 的值写入 t1 指向的内存
    sw    t0, 0(t1)

    # 死循环
loop:
    j     loop

怎么编译和运行？

1. 用 riscv64-linux-gnu-as first.S -o first.o 汇编
2. 用 riscv64-linux-gnu-ld first.o -o first.elf 链接
3. 用 qemu-system-riscv64 -machine virt -kernel first.elf -nographic 运行

4.5 知识结构图：RISC-V 汇编全景

下面这张图把本章的核心知识点串起来了。你一看就明白：寄存器是“手”，指令格式是“骨架”，指令是“动作”，程序是“剧本”。

4.6 避坑指南：我替你踩过的雷

• 寄存器 x0 不能写：往 x0 写数据不会报错，但数据会消失。我见过有人用 addi x0, x0, 1 想实现 NOP，结果发现 x0 永远是 0。正确的 NOP 是 addi x0, x0, 0。
• 立即数范围：I 型指令的立即数只有 12 位（有符号），范围 -2048 到 2047。想加载大常数？用 lui + addi 组合。
• 对齐问题：ld 要求地址 8 字节对齐，lw 要求 4 字节对齐。不对齐会触发异常。QEMU 默认会报错，别问我怎么知道的。
• 链接地址：QEMU virt 平台从 0x80000000 启动。你的代码必须链接到这个地址，否则 PC 会跑飞。