RISC-V 汇编实验

实验目标： 写一个遵循 RISC-V 调用约定的汇编函数，让 C 程序调用它；然后编译、运行、反汇编并用 GDB 查看执行状态。

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1. 先选对工具链#

先核对本机实际安装的命令和目标支持：

riscv64-linux-gnu-gcc --version
riscv64-linux-gnu-gcc -dumpmachine
qemu-riscv64 --version

工具前缀、模拟器和 ELF 的目标必须匹配；“有个 RISC-V GCC”并不自动意味着它能启动任意系统镜像。

2. 写一个 C 加汇编的小程序#

在同一目录创建 demo.c：

#include <stdio.h>

long add2(long x, long y);

int main(void) {
    printf("%ld\n", add2(19, 23));
    return 0;
}

再创建 sum.S：

    .text
    .globl add2
    .type add2, @function
add2:
    add a0, a0, a1      # 第 1、2 个整数参数在 a0、a1
    ret                 # 整数返回值留在 a0

这是一个叶函数：不再调用其他函数，因此不需要保存 ra 或建立栈帧。若函数会调用另一个函数且之后仍需返回，本函数通常要先保存自己的返回地址。

3. 编译、运行和反汇编#

riscv64-linux-gnu-gcc -g -O0 -o demo demo.c sum.S
qemu-riscv64 -L /usr/riscv64-linux-gnu ./demo
riscv64-linux-gnu-objdump -d -S demo

成功运行时，程序输出：

42

-g 加入调试信息，-O0 便于初学时把源码与汇编对应起来；优化等级会改变指令和寄存器使用。-L 指定目标程序运行时所需的 RISC-V 库目录，不同发行版路径可能不同。

只编译不链接也可单独检查汇编对象：

riscv64-linux-gnu-gcc -g -c sum.S -o sum.o
riscv64-linux-gnu-objdump -dr sum.o
riscv64-linux-gnu-readelf -h -S demo

4. 用 GDB 观察状态#

终端 A 启动带 GDB stub 的 QEMU user-mode 程序：

qemu-riscv64 -g 1234 -L /usr/riscv64-linux-gnu ./demo

终端 B 连接调试器：

riscv64-linux-gnu-gdb ./demo

(gdb) target remote :1234
(gdb) break add2
(gdb) continue
(gdb) info registers a0 a1 pc sp ra
(gdb) x/4i $pc
(gdb) stepi
(gdb) info registers a0

在断点处，检查 a0 与 a1 是否分别是 19、23；单步执行 add 后，a0 应变成 42。此验证把 ABI 约定、指令语义和真实执行状态连起来。

5. 继续练习#

• 把 add 改成 sub，修改 C 端输入并预测结果。
• 在 C 中调用两次 add2，观察返回值和 ra。
• 加一个非叶汇编函数，在调用其他函数前保存 ra，并确认栈对齐。
• 用 -O2 重编译，对比优化前后的反汇编。
• 在调试器中查看 sp 附近内存：x/8gx $sp（RV64）。

常见故障排查： Exec format error 通常表示运行器/二进制目标不匹配；共享库错误时检查 QEMU 的 -L 路径；断点或符号缺失时确认使用了 -g，并给 GDB 传入正确 ELF。

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