【读书】《RISC-V 体系结构编程与实践（第2版）》-- RISC-V 函数调用规范

andeyqi

【读书】《RISC-V 体系结构编程与实践（第2版）》-- RISC-V 函数调用规范 [复制链接]

<i class="pstatus"> 本帖最后由 andeyqi 于 2024-12-8 16:02 编辑 </i>

## 简介 
函数调用规范(calling convention)是用来描述父/子函数是如何编译和链接的,特别是父函数和子函数之间的调用约定，如栈的布局，参数传递等。

RISC-V 整型通用寄存器在函数调用规范中使用情况如下：

<ignore_js_op>

<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_868622_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="xs0">
<p><strong>call_convebtion.jpg</strong> <em class="xg1">(44.33 KB, 下载次数: 0)</em></p>
<p>
<a href="javascript:;" class="loginf" >下载附件</a>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_868622" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=868622&handlekey=savephoto_868622">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

从上述表格可以看出通用寄存器，只有**sp,s0-s11**在子函数中使用了需要保存到栈中，使用完之后再从栈中恢复到寄存器中，以下是riscv-abi.pdf 文档中的描述信息。
> In the standard ABI, procedures should not modify the integer registers tp and gp, because signal handlers may
rely upon their values.
The presence of a frame pointer is optional. If a frame pointer exists it must reside in x8 (s0), the register
remains callee-saved.

**函数的调用规范如下：**
- 函数的前八个参数使用a0-a7寄存器来传递
- 如果函数参数大于8个，前面8个参数使用寄存器来传递，后面的传递使用栈来传递。
- 如果传递的参数小于寄存器宽度（64位）,那么先按照符号扩展到32位，再按照符号扩展到64位，如果传递的数据是128位，则使用一对寄存器来传递该值，官方文规则说明如下。
> Scalars that are at most XLEN bits wide are passed in a single argument register, or on the stack by value if
none is available. When passed in registers or on the stack, integer scalars narrower than XLEN bits are widened
according to the sign of their type up to 32 bits, then sign-extended to XLEN bits. When passed in registers or
on the stack, floating-point types narrower than XLEN bits are widened to XLEN bits, with the upper bits
undefined.

> Scalars that are 2×XLEN bits wide are passed in a pair of argument registers, with the low-order XLEN bits in
the lower-numbered register and the high-order XLEN bits in the higher-numbered register. If no argument
registers are available, the scalar is passed on the stack by value. If exactly one register is available, the loworder XLEN bits are passed in the register and the high-order XLEN bits are passed on the stack.

- 函数的返回值保存在a0 a1 寄存器中
- 函数的返回值保存在ra 寄存器中
- 如果子函数中使用了s0-s11 寄存器，那么子函数在使用这些寄存器前需要先保存到栈中，函数退出时再将寄存器从栈中恢复
- 栈向下生长，sp 寄存器在进入子函数时sp 要对齐到16字节的边界上，传递的第一个参数位于sp 寄存器的0偏移量处，后续的参数则位于高地址处
- 如果GCC 使用-fno-omit-frame-pointer 编译选项，那么编译器将使用s0 寄存器作为栈帧指针（Frame Point,FP）

### 参数传递验证
在编写如下代码传递多个参数C代码。
```c
#include <stdio.h>

int main(void)
{
  int a = 1,b = 2,c = 3,d = 4,e = 5,f = 6,g = 7,h = 8,i = 9,j = -1;
  
  printf("data %d %d%d %d %d %d %d %d%d %d \n",
   a,b,c,d,e,f,g,h,i,j);
}
```
上述代码会被编译成如下的汇编代码：
```c
30078e2a <main>:
30078e2a:    1101          addi    sp,sp,-32
30078e2c:    557d          li    a0,-1
30078e2e:    c42a          sw    a0,8(sp)
30078e30:    4525          li    a0,9
30078e32:    c22a          sw    a0,4(sp)
30078e34:    4521          li    a0,8
30078e36:    c02a          sw    a0,0(sp)
30078e38:    489d          li    a7,7
30078e3a:    4819          li    a6,6
30078e3c:    4795          li    a5,5
30078e3e:    4711          li    a4,4
30078e40:    468d          li    a3,3
30078e42:    4609          li    a2,2
30078e44:    4585          li    a1,1
30078e46:    00037517        auipc    a0,0x37
30078e4a:    71250513        addi    a0,a0,1810 # 300b0558 <__fsym_cjsonp_name+0x8>
30078e4e:    ce06          sw    ra,28(sp)
30078e50:    d53c80ef        jal    ra,30041ba2 <printf>
```

从以上汇编代码调用printf 函数时传递参数的过程可以看出，对应流程如下
1. sp = sp - 32 将SP对齐到32字节边界上，书中描述是16 字节，这个猜测是跟编译器的实现有关
2. sp + 8 处保存参数-1
3. sp + 4 处保存参数9
4. sp + 0 处保存参数8
5. a7 保存参数7
6. a6 保存参数6
7. a5 保存参数5
8. a4 保存参数4
9. a3 保存参数3
10. a2 保存参数2
11. a1 保存参数1
12. a0 保存格式化字符串 data %d %d%d %d %d %d %d %d%d %d这里面的寻址方式正是之前文章说的PC相对寻址

调用printf 函数前栈帧及通用寄存器a0-a7的布局如下

<ignore_js_op>

<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_868675_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="xs0">
<p><strong>call_stack.png</strong> <em class="xg1">(77.65 KB, 下载次数: 0)</em></p>
<p>
<a href="javascript:;" class="loginf" >下载附件</a>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_868675" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=868675&handlekey=savephoto_868675">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

从上述过程也可以看出，参数的保存顺序是从左至右先使用a0-a7 ,参数超过8个后使用栈空间，栈空间内靠右侧的参数分配在栈的高地址也就是先压栈的效果，上述参数8，9，-1 的压栈的顺序为 -1.9，8

电子烂人

这个函数调用规范是在RISC-V才新提出的吗？

andeyqi

电子烂人发表于 2024-12-8 18:01 这个函数调用规范是在RISC-V才新提出的吗？

这个是RISC-V架构定义的ABI接口调用规范

15151670732

实践出真知，回头练习下。谢谢

【读书】《RISC-V 体系结构编程与实践（第2版）》-- RISC-V 函数调用规范 [复制链接]

最新回复

点评