前回は、RISC-Vの乗算命令と除算命令を１命令づつ動かしてみました。今回は 乗算命令 の全貌を見てみます。といっても４命令ですが。実装がシンプルになるように考慮した結果でしょうが、命令の使用方法はクセが強い、気がします（個人の感想です。）それにnucleriのツールチェーンにも制限が？
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まずは毎度の参照資料へのリンクの再掲載です。
なお、ビルドはVSCode+PlatformIOで行っていますが、PlatformIOは上記の開発ボードがターゲットボードには含まれていません。ターゲットボードは、Longan Nano、Frameworkは GigaDevice GD32V-SDKとして行っています。ぶちゃけ全端子が使えるかわりディスプレイが無いLongan Nanoと謀って？いる感じ。デバッガはSipeedの「お求めやすい」RISC-V Debugger（実体はFT）使っています。
RV32Mの乗算命令
くだくだと言葉で説明するのが面倒になって図にしました。冒頭のアイキャッチ画像に掲げましたのが、「符号付き」掛ける「符号付き」の場合です。
以下が「符号なし」掛ける「符号なし」
そして「符号付き」掛ける「符号なし」です。
以下原則です。
- レジスタ上の３２ビット整数同士の演算
- mul命令で下３２ビットの結果が得られる
- 上３２ビットの結果は、上記のように使い分ける必用がある
３２ビット数同士を乗算すると結果は６４ビットになります。多くのアーキテクチャでは、倍幅になる乗算結果を格納するために返り値用のレジスタを隣同士の２個とれる、といった塩梅にしています。しかしRISC-Vでは、１命令でレジスタ２個書くのは人生複雑にするだけだ？（人生をハードウエアと置き換えてくださいませ）ということで排除しているみたいです。
実験用のアセンブラ関数
全４命令を１命令づつシミジミ味わうために１命令づつの関数といたしました。前回と違い実行サイクル数の測定などはしないので、スタックフレームも用意せず、ただ呼んで、計算して、戻るだけのシンプルすぎるもの
.section .text
.align 2
.globl mulLOW, mulHSS, mulHUU, mulHSU
mulLOW:
mul a0, a1, a2
ret
mulHSS:
mulh a0, a1, a2
ret
mulHUU:
mulhu a0, a1, a2
ret
mulHSU:
mulhsu a0, a1, a2
ret
アセンブラ関数の呼び出し側ソース
まずは、アセンブラ関数呼び出し用のヘッダファイルに追加した部分がこちら。
uint32_t mulLOW(uint32_t a0, uint32_t a1, uint32_t a2);
uint32_t mulHSS(uint32_t a0, uint32_t a1, uint32_t a2);
uint32_t mulHUU(uint32_t a0, uint32_t a1, uint32_t a2);
uint32_t mulHSU(uint32_t a0, uint32_t a1, uint32_t a2);
typedef struct {
uint32_t Low;
uint32_t High;
} HighLowWord;
typedef union {
uint64_t U64;
int64_t I64;
HighLowWord Work;
} MULTST64;
ABI的には、a0, a1 の２つのレジスタを使えば 64ビットの数値を戻せることになっています。１関数でフル６４ビットの結果を戻すならそうすべきでしょう。しかし今回は、32ビット毎に「味わう」ために戻り値は32ビット縛りです。引数、戻り値ともに符号付きになったり、符号無しになったりします。簡単のため、関数プロトタイプはすべて unsigned といたしました。signedで扱う場合は、Cの方で無理やりキャストしてね、という割り切り（これは当方のメンドイ病）？
形式上32ビット符号無で戻ってくる値２つをくつけて６４ビットの符号無だったり、符号付きだったりに「戻す」ために、上記のように構造体を内部に含む共用体を定義してみました。
しかし、printfする段になって愕然。６４ビット符号あり、６４ビット符号無のためにはフォーマット指定子 %lld、%llu を使えば良いと思ったのですが、この指定子使えなかったです（ldとかとぼけたことを出力します。）これは nucleiのツールチェーンの実装の問題？組み込み用途だと64bit整数などまず出てこないし手を抜いたのかなあ。別な方法あるのかなあ。
良く分からなかったので、今回は、とりあえず３２ビット毎に１６進で出力して「お茶」を濁しましたです。カッコ悪いな。main()関数に追加した部分がこちら。
int32_t a0i, a1i, a2i;
uint32_t a0u, a1u, a2u, result;
MULTST64 temp;
a0i = 0; a1i = 123; a2i = -3;
result = mulLOW((uint32_t)a0i, (uint32_t)a1i, (uint32_t)a2i);
printf(" 123 x -3 = %d\n", (int32_t)result);
a0i = 0; a1i = -123; a2i = -3;
result = mulLOW((uint32_t)a0i, (uint32_t)a1i, (uint32_t)a2i);
printf("-123 x -3 = %d\n", (int32_t)result);
a0u = 0; a1u = 123; a2u = 3;
result = mulLOW(a0u, a1u, a2u);
printf(" 123 x 3 = %u\n", result);
// 6,442,450,941 or 0x1_7FFF_FFFD
// -6,442,450,941 or 0xFFFF_FFFE_8000_0003
a0i = 0; a1i = 2147483647; a2i = -3;
temp.Work.Low = mulLOW((uint32_t)a0i, (uint32_t)a2i, (uint32_t)a1i);
temp.Work.High = mulHSU((uint32_t)a0i, (uint32_t)a2i, (uint32_t)a1i);
printf("0xFFFF_FFFE_8000_0003> H: 0x%08x L: 0x%08x\n", temp.Work.High, temp.Work.Low);
a0i = 0; a1i = -2147483647; a2i = -3;
temp.Work.Low = mulLOW((uint32_t)a0i, (uint32_t)a1i, (uint32_t)a2i);
temp.Work.High = mulHSS((uint32_t)a0i, (uint32_t)a1i, (uint32_t)a2i);
printf("0x0000_0001_7FFF_FFFD> H: 0x%08x L: 0x%08x\n", temp.Work.High, temp.Work.Low);
a0u = 0; a1u = 2147483647; a2u = 3;
temp.Work.Low = mulLOW(a0u, a1u, a2u);
temp.Work.High = mulHSS(a0u, a1u, a2u);
printf("0x0000_0001_7FFF_FFFD> H: 0x%08x L: 0x%08x\n", temp.Work.High, temp.Work.Low);
実機(GD32VF103)上の実行結果
最初の３つが３２ビット範囲に収まるもの。３種組わせ。後の３つが６４ビットに「はみ出す」もの。先ほどの理由で１６進でみずらいです。
LOOP : 1 123 x -3 = -369 -123 x -3 = 369 123 x 3 = 369 0xFFFF_FFFE_8000_0003> H: 0xfffffffe L: 0x80000003 0x0000_0001_7FFF_FFFD> H: 0x00000001 L: 0x7ffffffd 0x0000_0001_7FFF_FFFD> H: 0x00000001 L: 0x7ffffffd
予定通りの結果で良かった。かったるいけれども次は除算だな。