【广东龙芯2K500先锋板试用体验】LoongArch汇编初体验

龙芯2K500使用的是LoongArch指令集架构，是不同与现有的X86、Arm、Risc-V的指令集架构。

在官方资料库中，提供了下面的资料：

上述资料中，要了解LoongArch指令集架构的基础，可以从《龙芯架构参考手册-卷一基础架构.pdf》开始。

另外，《计算机体系结构基础(LoongArch)-3rd.pdf》也非常值得学习，是以LoongArch为基础详细讲解计算机硬件体系结构。

有了板子，有了书，对于深入理解计算机硬件和指令，可以理论联系实际，加深理解。

学用LoongArch的基础之一，就是学习LoongArch的汇编。

汇编通常分为两种，一种是裸机汇编，一种是在现有系统下的汇编。

裸机汇编难度较大，因为系统的方方面面，你都需要详细的了解，才能进行驱动控制。

在现有系统下的汇编，则可以调用现有系统的接口，将时间精力放在主要逻辑上。

官方为龙芯2K500提供的是一个裁剪版本的Linux，在此基础上编写汇编程序，可以调用Linux系统提供的系统调用。

在《LoongArch 系统调用(syscall)ABI.pdf》文件中，对“Linux/LoongArch 系统调用 ABI”进行了详细的说明，后面示例程序中，将会进行调用。

学习c/c++，从hello world开始；学习汇编，也同样可以从hello world开始。

编写前，需要先准备好编译环境。编译c/++使用的是GCC，编译汇编也可以用GCC。

可以参考《交叉工具链使用说明.pdf》使用“toolchain-loongarch64-linux-gnu-gcc8-host-x86_64-2022-07-18.tar.xz”来建立交叉编译环境。

也可以直接使用 foxsen/loongarch-assembly: assembly experiment environment for loongarch 提供的docker环境快速搭建。

一个标准的基础LoongArch汇编组成如下：

.section .data

.section .text
.global main
main:

其中：

• .section表示定义段
• .data表示定义数据段，例如字符串定义等
• .text表示定义文本段，实际上就是我们程序逻辑部分
• .global表示定义程序的入口，这里对应main

然后，我们编写一个简单的汇编文件，让运行后输出信息到stdout(标准输出)和stderr(标准错误输出)

.section c

string1: .asciz "Hello World!\r\nI'm LoongArch!\r\n"
string2: .asciz "Error:It is a test.\r\n"

.section .text
.global main
main:

    li.w $a7, 64              # write syscall number
    li.w $a0, 1               # stdout file descriptor == 1
    la $a1, string1           # string address
    li.w $a2, 32              # string len
    syscall 0x0               # syscall

    li.w $a7, 64              # write syscall number
    li.w $a0, 2               # stderr file descriptor == 2
    la $a1, string2            # string address
    li.w $a2, 22              # string len
    syscall 0x0               # syscall

    li.w $a7, 93              # exit syscall number
    li.w $a0, 0
    syscall 0x0               # syscall

我们先看看这个汇编最终的输出，然后再做讲解：

在上述运行过程中，如果不加任何参数(或者管道输出)，会显示全部内容，这个内容，对应汇编里面.data部分的定义。

如果加了2>/dev/null，表示把stderr部分的输出，重定向到/dev/null，也就是不显示stderr的内容。

在Linux的系统调用中，输出内容的基础是write()，其具体定义如下：

write()
函数定义：ssize_t write (int fd, const void * buf, size_t count); 
函数说明：write()会把参数buf所指的内存写入count个字节到参数fd所指的文件内。
返回值：如果顺利write()会返回实际写入的字节数（len）。当有错误发生时则返回-1，错误代码存入errno中。

如果fd=1，则输出到标准输出stdout，如果fd=2，则输出到标注错误输出stderr。

在c/c++中，我们可以很方便的调用write()来输出内容。但是在汇编中，不能直接调用，需要通过系统ABI的方式来调用。

前面说过的《LoongArch 系统调用(syscall)ABI.pdf》就排上用场了。

上图中的__NR_write是一个数字，它就是系统调用号，实际对应write()，我们在汇编程序中，通过这个系统调用号来调用其实际对应的功能。

对应的代码如上述汇编代码：

li.w $a7, 64              # write syscall number
    li.w $a0, 1               # stdout file descriptor == 1
    la $a1, string1           # string address
    li.w $a2, 32              # string len
    syscall 0x0               # syscall

涉及到的寄存器，在手册中有说明：

li.w表示装载数据到寄存器，la表示传递地址

上述代码的逻辑就是，调用64号系统调用，也就是调用write()，并传入对应的参数：fd=1，buf对应string1，len为string1的长度(包含\0，所以为字符本身长度+1)

最后，通过上图中的LoongArch的syscall可以看到，之前的几步，正是为了设置对应的寄存器，然后最后完成调用，输出string1。

而输出string2的部分，则类似，只是设置$a0为2，表示输出到stderr。

程序的主要逻辑完成后，最后正常退出，并返回状态0，对应的汇编如下：

li.w $a7, 93              # exit syscall number
    li.w $a0, 0
    syscall 0x0               # syscall

系统调用编号93对应：

上述代码编写好了以后，保存为：hello-LoongArch.S，然后编译：

loongarch64-linux-gnu-gcc -static hello-LoongArch.S -o hello-LoongArch

最后会生成 hello-LoongArch ，将该文件传到龙芯2K500开发板，使用下面的指令运行，就能得到前面演示的结果了：

# 全部输出
./hello-LoongArch

# 错误信息输出到/dev/null
./hello-LoongArch 2>/dev/null

# 正常输出输出到/dev/null
./hello-LoongArch 1>/dev/null

参考资料：

• loongarch架构介绍—基础指令（一）-51CTO.COM
• LoongArch 汇编快速入门 - LoongArch 开放社区
• foxsen/loongarch-assembly: assembly experiment environment for loongarch (github.com)
• 系统调用 (biscuitos.github.io)
• 汇编版hello world （write()与_exit()系统调用） [李园7舍_404]_资质平庸的程序员的博客-CSDN博客_计网里面write和exit有什么不同
• syscall(2) — Arch manual pages (archlinux.org)
• 1. LoongArch介绍 — The Linux Kernel documentation
• 浅尝辄止25-Linux系统调用3 - 简书 (jianshu.com)
• 深入理解linux下write()和read()函数_HW_Coder0501的博客-CSDN博客_linux read()函数
• 龙芯测试GPIO方法 - CodeAntenna