Преобразование между прямым порядком и прямым порядком байтов на RISC-V

В последней версии Руководство ISA уровня пользователя RISC-V (версия 2.1). Однако в руководстве есть заполнитель для стандартного расширения «B» для обработки битов. Некоторые черновые материалы рабочей группы этого расширения собраны на GitHub. В частности, в проекте спецификации говорится о grev инструкция (обобщенная обратная), которая может делать 16-, 32- и 64-битные перестановки байтов:

Эта инструкция предоставляет одну аппаратную инструкцию, которая может реализовать все операции по замене порядка байтов, побитовое обращение, замену короткого порядка, замену порядка слов (RV64), замену порядка полубайтов, побитовое обращение в байтах и ​​т. Д., Все из единая аппаратная инструкция. Он принимает значение одного регистра и непосредственное значение, которое контролирует, какая функция выполняется, посредством управления уровнями в рекурсивном дереве, на которых происходят развороты.

Рабочая группа по расширению B была «распущена по бюрократическим причинам в ноябре 2017 года», прежде чем они смогли завершить спецификацию.

В 2020 году рабочая группа снова активна и публикует свои работы в связанном репозитории GitHub.

В результате, в настоящее время, кажется, нет ничего проще, чем делать обычный сдвиг с маской или танцевать. Я не смог найти ни одного встроенного языка ассемблера bswap в GCC или портов clang riscv. В качестве примера приведем разборку функции bswapsi2 (которая меняет местами 32-битное значение), выданной компилятором riscv64-linux-gnu-gcc версии 8.1.0-12:

000000000000068a <__bswapsi2>:
 68a:   0185169b                slliw   a3,a0,0x18
 68e:   0185579b                srliw   a5,a0,0x18
 692:   8fd5                    or      a5,a5,a3
 694:   66c1                    lui     a3,0x10
 696:   4085571b                sraiw   a4,a0,0x8
 69a:   f0068693                addi    a3,a3,-256 # ff00 <__global_pointer$+0xd6a8>
 69e:   8f75                    and     a4,a4,a3
 6a0:   8fd9                    or      a5,a5,a4
 6a2:   0085151b                slliw   a0,a0,0x8
 6a6:   00ff0737                lui     a4,0xff0
 6aa:   8d79                    and     a0,a0,a4
 6ac:   8d5d                    or      a0,a0,a5
 6ae:   2501                    sext.w  a0,a0
 6b0:   8082                    ret

RISC-V ISA не имеет явных инструкций по замене байтов. Лучше всего использовать встроенный C для выполнения этого расчета, который в мире GCC будет примерно таким: __builtin_bswap32(). Это дает компилятору максимум информации, чтобы он мог принимать правильные решения. С текущим набором определенных ISA вы почти наверняка в конечном итоге вызовете процедуру, но если расширение B когда-либо будет определено, вы прозрачно получите лучше сгенерированный код. Полный набор определенных встроенных команд доступен в Интернете: https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Other-Builtins.html.

Если вы застряли, делая это в сборке, лучше всего вызвать существующую процедуру обмена байтами. Каноническим для 32-битного свопа является __bswapsi2, который является частью libgcc - вы, вероятно, все равно используете его, так что он будет. Это то, что в настоящее время делает компилятор, поэтому все, что вы теряете, - это игнорирование вызова функции, когда доступна лучшая реализация.

В качестве конкретного примера, вот мой пример функции C

unsigned swapb(unsigned in) { return __builtin_bswap32(in); }

и сгенерированная сборка

swapb:
    addi    sp,sp,-16
    sd  ra,8(sp)
    call    __bswapsi2
    ld  ra,8(sp)
    sext.w  a0,a0
    addi    sp,sp,16
    jr  ra

Обратите внимание, что хотя приятно и удобно иметь инструкцию для этого, функция __bswapsi2, используемая в других ответах, будет работать со скоростью около 400 МБ / с на HiFive Unleashed 1,5 ГГц, что намного быстрее, чем интерфейс gigE. когда-либо собирался перемещать данные.

Даже на HiFive1, работающем на частоте 256 МГц по умолчанию, он будет делать 60 МБ / с, а у вас есть только 16 КБ ОЗУ и несколько GPIO, которые вы не собираетесь раскачивать на частотах более нескольких МГц или, может быть, 10 секунд. МГц.

Я в рабочей группе BitManipulation. Полная инструкция GREV требует изрядного количества оборудования (что-то близкое к множителю), поэтому небольшие микроконтроллеры могут никогда не включать его. Однако мы планируем использовать те же коды операций GREVI, которые обеспечивают полное изменение битов слова и порядка байтов, и реализовать их как более простые инструкции для особых случаев, которые не требуют много схем, и, надеюсь, каждый будет их включать.

В отличие от x86, в RISC-V нет чего-то вроде movbe (который может загружать и менять байты в одной инструкции).

Таким образом, на RISC-V вы загружаете / сохраняете как обычно, а после / перед загрузкой / сохранением вы должны поменять местами байты с дополнительными инструкциями.

Расширение RISC-V "B" (Bitmanip) (версия 0.92) содержит обобщенные инструкции битового обратного преобразования. (grev, grevi) и несколько псевдо-инструкций, которые можно использовать для обмена байтами:

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
RISC-V    ARM      X86      Comment
――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
rev       RBIT     ☐        bit reverse
rev8.h    REV16    ☐        byte-reverse half-word (lower 16 bit)
rev8.w    REV32    ☐        byte-reverse word (lower 32 bit)
rev8      REV      BSWAP    byte-reverse whole register
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

(Таблица основана на Таблице 2.5, RISC-V Bitmanip Extension V0.92, стр. 18)

По состоянию на 2020-03 год расширение «B» имеет статус черновика, поэтому поддержка аппаратного обеспечения и эмуляторов ограничена.

Без расширения «B» вы должны реализовать перестановку байтов с помощью нескольких базовых инструкций. См., Например, страницу 16 в спецификации «B» или просмотрите дизассемблированный код __builtin_bswap16 , __builtin_bswap32 и __builtin_bswap64 gcc / clang intrinsics.