Introducción

RISC-V es una arquitectura de conjunto de instrucciones (ISA) abierta y libre, diseñada para ser escalable y eficiente. A diferencia de otras arquitecturas propietarias como x86 y ARM, RISC-V permite a los desarrolladores y fabricantes personalizar y extender la ISA según sus necesidades específicas.

Objetivos del Módulo

  • Comprender los conceptos básicos de la arquitectura RISC-V.
  • Aprender la sintaxis y estructura del lenguaje ensamblador RISC-V.
  • Escribir y ejecutar programas simples en ensamblador RISC-V.
  • Familiarizarse con las instrucciones básicas y el manejo de registros en RISC-V.

Conceptos Básicos de RISC-V

Características Principales

  • ISA Abierta y Libre: Cualquiera puede usar y modificar RISC-V sin necesidad de licencias.
  • Escalabilidad: Desde microcontroladores simples hasta supercomputadoras.
  • Simplicidad y Eficiencia: Diseñada para ser fácil de implementar y eficiente en términos de energía y rendimiento.

Registros en RISC-V

RISC-V tiene 32 registros de propósito general, cada uno de 32 bits (en la variante RV32I). Los registros se nombran de x0 a x31 y tienen nombres alternativos para facilitar su uso.

Registro Nombre Alternativo Descripción
x0 zero Siempre contiene el valor 0
x1 ra Dirección de retorno
x2 sp Puntero de pila
x3 gp Puntero global
x4 tp Puntero de hilo
x5-x7 t0-t2 Temporales
x8 s0/fp Guardado/Marco de pila
x9 s1 Guardado
x10-x11 a0-a1 Argumentos/Valores de retorno
x12-x17 a2-a7 Argumentos
x18-x27 s2-s11 Guardados
x28-x31 t3-t6 Temporales

Sintaxis y Estructura Básica

Formato de Instrucción

Las instrucciones en RISC-V tienen un formato simple y consistente. Aquí hay un ejemplo de una instrucción de suma:

add x1, x2, x3

Esta instrucción suma los valores de x2 y x3 y almacena el resultado en x1.

Tipos de Instrucciones

RISC-V tiene varios tipos de instrucciones, incluyendo:

  • Aritméticas: add, sub, mul, etc.
  • Lógicas: and, or, xor, etc.
  • De Carga y Almacenamiento: lw (load word), sw (store word), etc.
  • De Control de Flujo: beq (branch if equal), bne (branch if not equal), etc.

Escribiendo Tu Primer Programa en RISC-V

Ejemplo: Suma de Dos Números

Vamos a escribir un programa simple que suma dos números y almacena el resultado en un registro.

.section .data
num1: .word 5
num2: .word 10

.section .text
.globl _start

_start:
    la x5, num1       # Cargar la dirección de num1 en x5
    lw x6, 0(x5)      # Cargar el valor de num1 en x6
    la x7, num2       # Cargar la dirección de num2 en x7
    lw x8, 0(x7)      # Cargar el valor de num2 en x8
    add x9, x6, x8    # Sumar x6 y x8, almacenar en x9

    # Salir del programa
    li x10, 10        # Código de salida para ecall
    ecall

Explicación del Código

  1. Sección de Datos: Define dos variables num1 y num2 con valores 5 y 10 respectivamente.
  2. Sección de Texto: Contiene el código ejecutable.
  3. Instrucciones:
    • la x5, num1: Carga la dirección de num1 en el registro x5.
    • lw x6, 0(x5): Carga el valor de num1 en el registro x6.
    • la x7, num2: Carga la dirección de num2 en el registro x7.
    • lw x8, 0(x7): Carga el valor de num2 en el registro x8.
    • add x9, x6, x8: Suma los valores de x6 y x8 y almacena el resultado en x9.
    • li x10, 10: Carga el código de salida en x10.
    • ecall: Llama al sistema para salir del programa.

Ejercicios Prácticos

Ejercicio 1: Multiplicación de Dos Números

Escribe un programa en ensamblador RISC-V que multiplique dos números y almacene el resultado en un registro.

Solución

.section .data
num1: .word 3
num2: .word 4

.section .text
.globl _start

_start:
    la x5, num1       # Cargar la dirección de num1 en x5
    lw x6, 0(x5)      # Cargar el valor de num1 en x6
    la x7, num2       # Cargar la dirección de num2 en x7
    lw x8, 0(x7)      # Cargar el valor de num2 en x8
    mul x9, x6, x8    # Multiplicar x6 y x8, almacenar en x9

    # Salir del programa
    li x10, 10        # Código de salida para ecall
    ecall

Ejercicio 2: Comparación de Dos Números

Escribe un programa en ensamblador RISC-V que compare dos números y almacene el resultado (1 si son iguales, 0 si no) en un registro.

Solución

.section .data
num1: .word 7
num2: .word 7

.section .text
.globl _start

_start:
    la x5, num1       # Cargar la dirección de num1 en x5
    lw x6, 0(x5)      # Cargar el valor de num1 en x6
    la x7, num2       # Cargar la dirección de num2 en x7
    lw x8, 0(x7)      # Cargar el valor de num2 en x8
    beq x6, x8, equal # Si x6 == x8, saltar a equal
    li x9, 0          # Si no son iguales, almacenar 0 en x9
    j end             # Saltar al final

equal:
    li x9, 1          # Si son iguales, almacenar 1 en x9

end:
    # Salir del programa
    li x10, 10        # Código de salida para ecall
    ecall

Conclusión

En este módulo, hemos explorado los conceptos básicos del lenguaje ensamblador RISC-V, incluyendo su arquitectura, registros y sintaxis. También hemos escrito y ejecutado programas simples para entender mejor cómo funciona RISC-V. Con esta base, estás preparado para profundizar en temas más avanzados y aplicar tus conocimientos en proyectos más complejos.

Próximos Pasos

  • Practicar con más ejercicios para fortalecer tu comprensión.
  • Explorar las instrucciones avanzadas y optimizaciones en RISC-V.
  • Aplicar tus conocimientos en proyectos prácticos y del mundo real.
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