RV32执行64位的加减法及SLT/SLTU的作用

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RISC-V没有条件码，如何处理32位加法溢出？如何处理32位减法借位？以及如执行64位数的加减法？

64位加法

写一段64位加法的程序：

1. uint64_t add64u(uint64_t a, uint64_t b)
   
2. {
   
3.         uint64_t c;
   
4.         c = a + b;
   
5.         return c;
   
6. }

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以RV32架构编译，然后反汇编：

1. $ riscv64-unknown-elf-gcc -O2 -c -o 64.o -march=rv32i -mabi=ilp32 -Wall 64.c
   
2. $ riscv64-unknown-elf-objdump -d -M no-aliases 64.o

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反汇编结果如果：

1. 00000000 <add64u>:
   
2.    0:        00050793                  addi        a5,a0,0
   
3.    4:        00c50533                  add        a0,a0,a2
   
4.    8:        00f537b3                  sltu        a5,a0,a5
   
5.    c:        00d585b3                  add        a1,a1,a3
   
6.   10:        00b785b3                  add        a1,a5,a1
   
7.   14:        00008067                  jalr        zero,0(ra)

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按照函数调用规约，a0，a1存储第一个64位入参a，a2，a3存储第二个64位入参b，返回值c存储在a0，a1，低字节存储在编号较低的寄存器。

• 0: 00050793 addi a5,a0,0： 首先保存一下a的低32位，后面还要用。
• 4: 00c50533 add a0,a0,a2： a的低32位加上b的低32位。
• 8: 00f537b3 sltu a5,a0,a5： 比较c的低32位和a的低32位，如果c的低32位比a的低32位小，那么说明加法溢出了，必须产生进位，此时a5寄存器赋值1；否则没有加法进位，a5寄存器赋值0。也就是说a5寄存器存储的是低32位加法的进位标志。从这可以看出SLTU指令的作用了吧。
• c: 00d585b3 add a1,a1,a3：a的高32位加上b的高32位。
• 10: 00b785b3 add a1,a5,a1：低32位的进位标志存储在a5寄存器了，再加上进位标志。
  

RISC-V 没有进位标志位，它通过和是否小于加数来判断是否产生进位，然后再把进位累加进最终的和当中。利用了和大于任意一个加数这条数学规律。

和 Cortex-M 对比

相比之下，Cortex-M生成的指令要少得多，因为Cortex-M有进位标志，还有带进位的加法指令。

1. 00000000 <add64u>:
   
2.    0:        1880              adds        r0, r0, r2
   
3.    2:        eb41 0103         adc.w        r1, r1, r3
   
4.    6:        4770              bx        lr

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那么，这能证明 Cortex-M 更优秀吗？一般使用32位处理器的应用不会有大量的64位运算，如果有大量64位运算的话，那应该改用64位处理器。RISC-V的设计哲学是让硬件尽可能的简单，剔除进位标志和带进位加法指令同样也是基于同样的设计哲学，硬件设计得简单，那么在同样的工艺下，可以达到更高的主频，同样的主频下消耗更少的能量。所以，别看 Cortex-M 在64位运算上占了便宜，综合起来，谁输谁赢真不一定。

其它64位运算

还有64位的有符号数加法，以及64位的减法，源代码如下：

1. int64_t add64s(int64_t a, int64_t b)
   
2. {
   
3.         return a + b;
   
4. }
   
5. 
   
6. uint64_t sub64u(uint64_t a, uint64_t b)
   
7. {
   
8.         return a - b;
   
9. }
   
10. 
    
11. int64_t sub64s(int64_t a, int64_t b)
    
12. {
    
13.         return a - b;
    
14. }

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反汇编如下：

1. 00000018 <add64s>:
   
2.   18:        00050793                  addi        a5,a0,0
   
3.   1c:        00c50533                  add        a0,a0,a2
   
4.   20:        00f537b3                  sltu        a5,a0,a5
   
5.   24:        00d585b3                  add        a1,a1,a3
   
6.   28:        00b785b3                  add        a1,a5,a1
   
7.   2c:        00008067                  jalr        zero,0(ra)
   
8. 
   
9. 00000030 <sub64u>:
   
10.   30:        00050793                  addi        a5,a0,0
    
11.   34:        40c50533                  sub        a0,a0,a2
    
12.   38:        00a7b7b3                  sltu        a5,a5,a0
    
13.   3c:        40d585b3                  sub        a1,a1,a3
    
14.   40:        40f585b3                  sub        a1,a1,a5
    
15.   44:        00008067                  jalr        zero,0(ra)
    
16. 
    
17. 00000048 <sub64s>:
    
18.   48:        00050793                  addi        a5,a0,0
    
19.   4c:        40c50533                  sub        a0,a0,a2
    
20.   50:        00a7b7b3                  sltu        a5,a5,a0
    
21.   54:        40d585b3                  sub        a1,a1,a3
    
22.   58:        40f585b3                  sub        a1,a1,a5
    
23.   5c:        00008067                  jalr        zero,0(ra)

复制代码

完