RISC-V MCU gp全局指针说明

gp，global pointer，全局指针寄存器，RISC-V 32个寄存器之一，为了优化±2KB内全局变量的访问。

gp寄存器在启动代码中加载为__global_pointer$的地址，并且之后不能被改变。

linker时使用__global_pointer$来比较全局变量的地址，如果在范围内，就替换掉lui或puipc指令的 absolute/pc-relative寻址，变为gp-relative寻址，使得代码效率更高。该过程被称为linker relaxation(链接器松弛)，也可以使用-Wl,--no-relax来关闭此功能。

如：需要读取全局变量 tao_global的值，地址位0x20000100，gp指针地址为0x20000800；

• 普通调用方式为：

  lui a5,0x20000 /* 将0x20000100高20位0x20000 左移12位赋给a5寄存器 */
  lw a5,256(a5) /* 加载a5+256（0x100，0x20000100低12位）的值至a5寄存器 */

• gp指针优化调用方式：

  lw a5,-1792(gp) /* 加载gp-1792地址处的值至a5，即0x20000100处的值*/

   

通过gp指针，访问其值±2KB，即4KB范围内的全局变量，可以节约一条指令。

4KB区域可以位于寻址内存中任意位置，但是为了使优化更有效率，最好覆盖最频繁使用的RAM区域。对于标准的newlib应用程序，这是分配.sdata部分的区域，因为它包含了诸如_impure_ptr、malloc_sbrk_base等变量。因此，定义应该被放在.sdata部分之前。以RISC-V MCU CH32V103 ld文件为例：

.data :
    {
        *(.gnu.linkonce.r.*)
        *(.data .data.*)
        *(.gnu.linkonce.d.*)
        . = ALIGN(8);
        PROVIDE( __global_pointer$ = . + 0x800 ); /* __global_pointer地址*/
        *(.sdata .sdata.*)
        *(.sdata2.*)
        *(.gnu.linkonce.s.*)
        . = ALIGN(8);
        *(.srodata.cst16)
        *(.srodata.cst8)
        *(.srodata.cst4)
        *(.srodata.cst2)
        *(.srodata .srodata.*)
        . = ALIGN(4);
        PROVIDE( _edata = .);
    } >RAM AT>FLASH

 

gp指针优化代码空间

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通常情况下，gp指针定义在data区，有时候为了优化代码密度，可以根据实际情况修改gp指针的位置，如工程中定义了大量的初始化为0或未初始化的全局数组作为缓冲区，可以将gp指针的位置定义到bss段。

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