[Computer Architecture] (4-4) RISC-V Data Transfer Operation

 
Data Transfer Operation은 연산에 필요한 데이터를 메모리로부터 읽어오거나 연산 결과를 다시 메모리에 저장하는 동작을 말한다. 
RISC-V에서는 'ld'(Load)/'sd'(Store)를 통해서만 메모리를 접근할 수 있다. 
(나머지 Instruction은 Register를 통해서 데이터를 접근할 수 있다.)
아래와 같이 메모리에 있는 Array 'A'의 Element 간의 연산을 수행하는 코드가 있다고 하자.

// h in x21
// base address of A in x22
A[12] = h + A[8]

Array 'A'는 메모리에 저장되어 있으므로, 'ld' 명령어를 통해서 데이터를 읽어오고, 'st' 명령어를 통해서 데이터를 저장해야 한다. 기본적으로 Array 내부의 Element를 접근하는 방법은 base address + offset를 통해서 접근한다. base address는 Array의 시작 주소이며, offset은 element size*element index를 수행하여 얻을 수 있다. 

// 8 bytes per doubleword
// &A[8] = A + 64

ld  x9, 64(x22)	# x9 = M[x22+64]
add x9, x21, x9 # x9 = x21 + x9
sd  x9, 96(x22) # M[x22+96] = x9

 
아래와 같이 메모리에 Access 하는 데이터의 크기도 정할 수 있으며, 'Sign extend'와 'Zero extend'를 선택할 수도 있다.

Load/Store Unit

 
Load는 I-type, Store는 S-type을 사용한다.

Load/Store Type

 
메모리의 접근 주소는 Byte-addressable 이고, RISC-V는 Littel Endian을 사용한다. 또한 RISC-V는 Words단위 Alignment를 요구하지 않는다. 
Memory Alignment 는 아래 글에서 설명하였다.
2024.04.27 - [IT_Study/CS_Study] - [Computer Architecture] (2) Memory Alignment

[Computer Architecture] (2) Memory Alignment

Endian 개념은 아래 글에서 설명하였다.
2024.04.27 - [IT_Study/CS_Study] - [Computer Architecture] (3) Big endian & Little endian

[Computer Architecture] (3) Big endian & Little endian

 
아래와 같이 swap을 수행하는 함수가 어떻게 ld/st로 구현되는지 알아보자.

// 주소 xp와 주소 yp에 있는 데이터를 교환하여 변경.
void swap(long *xp, long *yp)
{
 long t0 = *xp; // 주소 xp에 있는 데이터를 t0에 로드
 long t1 = *yp; // 주소 yp에 있는 데이터를 t1에 로드
 *xp = t1;      // t1 데이터를 주소 xp에 저장.
 *yp = t0;      // t0 데이터를 주소 yp에 저장.
}

 
이를 Instruction으로 변경하면 아래와 같다.

// a0 = xp
// a1 = yp
swap:
 ld a4, 0(a0) # a4 = M[a0] // t0 = *xp
 ld a5, 0(a1) # a5 = M[a1] // t1 = *yp
 sd a5, 0(a0) # M[a0] = a5 // *xp = t1
 sd a4, 0(a1) # M[a1] = a4 // *yp = t0
 ret

 
NULL Character '\0'는 8-bit 모두 0으로 표현할 수 있고, 이는 주로 string 마지막을 표현할 때 사용한다. 
이를 활용하면 아래와 같이 String Copy를 구현할 수 있다. 

// copy y to x
void strcpy(char x[], char y[])
{
 size_t i;
 i = 0;
 while((x[i] = y[i]) != '\0') // x[y] = y[i]를 수행하고 값이 Null인지 체크.
  i += 1;
}

이를 Inst.으로 구현하면 아래와 같다.

strcpy:
	; x is in a0
    ; y is in a1
    ; i is allocated in t3
    
    add t3, zero, zero	; t3 <- 0            // i = 0
L1: add t0, t3, a1      ; t0 = i + y[] = &y[i]
    lbu t1, 0(t0)       ; t1 <- y[i]         // t1 = y[i], char -> 1B, unsigned byte load
    add t2, t3, a0      ; t2 <- x[i]         // t2 = x[i], char -> 1B, unsigned byte load
    sb t1, 0(t2)        ; x[i] <- y[i]       // x[i] = y[i]
    beq t1, zero, L2    ; if(t1==0), goto L2 // if(x[i]=='\0'), goto return
    addi t3, t3, 1      ; else t3+=1         // i+=1
    j    L1             ; goto L1
L2  ret                 ; return