riscv-abi.pdf

# RISC-V ABIs规范详解 ## 概述 RISC-V ABIs规范（Application Binary Interface）是关于RISC-V架构下程序二进制接口的标准文档。这份文档详细定义了如何在RISC-V架构上编写可移植、高效的应用程序。RISC-V ABIs规范对于确保不同操作系统和编译器之间RISC-V程序的兼容性和互操作性至关重要。 ## 前言 RISC-V ABIs规范版本1.1于2023年1月29日发布,这是一份预发布版本,旨在为开发者提供最新的RISC-V ABIs标准。该文档包含了对RISC-V应用程序二进制接口的各种规定,包括但不限于程序调用约定、寄存器使用规范等。本文档适用于希望在其产品中采用RISC-V架构的开发人员和组织。 ## 引言 RISC-V ABIs规范的目的是为了确保基于RISC-V架构的软件能够在不同的实现之间保持一致性和可移植性。这些规范覆盖了多个方面,包括但不限于: - 寄存器使用规则 - 参数传递方式 - 返回值处理方法 - 异常处理机制 - 浮点运算约定 - 向量计算约定 本规范不仅适用于操作系统内核开发者,也适用于应用软件开发者以及编译器工具链开发者。通过遵循这些规范,可以极大地提高RISC-V生态系统的成熟度和稳定性。 ## 术语与缩写 在阅读RISC-V ABIs规范之前,了解其中的一些关键术语和缩写是非常有帮助的: - **ABI**: Application Binary Interface,应用程序二进制接口。 - **RISC-V**: 一种开放指令集架构(ISA)。 - **ILP32E**: 一种针对32位环境的ABI变体。 - **LP64D**: 一种针对64位环境的ABI变体,支持双精度浮点数。 - **RV32**: 32位RISC-V处理器。 - **RV64**: 64位RISC-V处理器。 - **RV128**: 128位RISC-V处理器。 ## ABI状态 RISC-V ABIs规范当前处于不断发展和完善的过程中。随着技术的进步和市场需求的变化,RISC-V基金会及其成员将持续更新这些规范,以确保它们能够满足最新硬件和软件的要求。此外,为了适应不同的应用场景,RISC-V ABIs提供了多种变体,如ILP32E、LP64、LP64D等,分别适用于不同的内存模型和数据类型。 ### RISC-V调用约定 RISC-V调用约定定义了函数参数如何被传递到函数,以及函数返回值如何被处理。它还规定了寄存器的用途,以确保跨编译器的一致性。以下是RISC-V调用约定的主要部分: #### 寄存器约定 RISC-V ABIs规范中的寄存器约定包括整型寄存器、浮点寄存器和向量寄存器的使用规则。 ##### 整型寄存器约定 整型寄存器主要用于存储整型数据或指针。在RV32和RV64架构中,定义了一些特定的寄存器用于传递参数和保存返回值。例如,`a0`至`a7`用于传递前8个整型参数,而`v0`和`v1`则用于存储函数的返回值。 - **传递参数**: - `a0`至`a7`: 用于传递前8个整型参数。 - **返回值**: - `v0`和`v1`: 用于保存函数的返回值。 ##### 浮点寄存器约定 浮点寄存器主要用于存储浮点数。在RISC-V架构中,浮点寄存器的数量通常比整型寄存器多,这是因为浮点运算相对复杂且频繁。 - **传递参数**: - `fa0`至`fa7`: 用于传递前8个浮点参数。 - **返回值**: - `fv0`和`fv1`: 用于保存函数的浮点返回值。 ##### 向量寄存器约定 向量寄存器主要用于向量运算,这对于高性能计算非常重要。RISC-V架构支持多种长度的向量寄存器,允许开发者根据具体需求选择合适的向量长度。 - **传递参数**: - `va0`至`va7`: 用于传递前8个向量参数。 - **返回值**: - `vv0`和`vv1`: 用于保存函数的向量返回值。 #### 过程调用约定 过程调用约定规定了函数如何被调用以及参数如何被传递。 ##### 整型调用约定 整型调用约定是针对整型数据和指针的操作进行规定的。 - **参数传递**: - 前6个整型或指针类型的参数通过寄存器传递(`a0`至`a5`)。 - 超过6个参数时,后续参数将通过堆栈传递。 - **返回值**: - 对于整型返回值,如果其大小小于等于64位,则通过`v0`寄存器返回;如果大于64位,则通过寄存器对(`v0`,`v1`)返回。 ##### 硬件浮点数调用约定 浮点数调用约定主要关注浮点数参数的传递和返回值的处理。 - **参数传递**: - 前6个浮点数参数通过浮点寄存器传递(`fa0`至`fa5`)。 - 超过6个参数时,后续参数将通过堆栈传递。 - **返回值**: - 对于浮点数返回值,如果其大小小于等于64位,则通过`fv0`寄存器返回;如果大于64位,则通过寄存器对(`fv0`,`fv1`)返回。 ##### ILP32E调用约定 ILP32E调用约定是针对32位环境的特殊约定,适用于那些需要更紧凑内存模型的应用场景。 - **参数传递**: - 前6个整型或指针类型的参数通过寄存器传递(`a0`至`a5`)。 - 超过6个参数时,后续参数将通过堆栈传递。 - **返回值**: - 对于整型返回值,如果其大小小于等于32位,则通过`v0`寄存器返回;如果大于32位,则通过寄存器对(`v0`,`v1`)返回。 ## 结语 RISC-V ABIs规范为基于RISC-V架构的软件开发提供了一套全面的指导原则,有助于确保代码的一致性和可移植性。通过遵循这些规范,开发者可以构建出更加稳定可靠的应用程序,从而加速RISC-V生态的发展。随着未来版本的不断迭代,RISC-V ABIs规范将继续完善,以更好地满足开发者的需求。