RES:详解Cairo指令-ODAILY_OFF

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1.指令结构

CairoCPU原生支持的word是一个域元素，而这个域是特征值大于P>2^63。每个指令会占用1到2个word，如果指令后面跟着立即值(="12345678")则该指令占用2个word，并且值存在第二个word里。每个指令的第一个word由以下元素组成：

2.状态转换

状态转换函数代表了一个通用的状态转换单元，而一个计算通常会分解成多个连续执行的指令，因此我们需要：

a.确保指令的内容，以及指令执行前后的状态的有效性

b.确保执行的指令是一个有效的指令

2.1转换逻辑

如果指令执行前后的状态是一致的，那么其状态的更新一定是按照以下逻辑执行：

2.2指令校验

如图1所示，?个指令由以下元素组成：

3.指令示例

3.1断言相等

断言相等指令可以用下述语法表示：

<left_handle_op>=<right_handle_op>

它确保了公式两边是相等的，否则程序的执行将会被返回。

Note2：除法和减法可以分别表示为具有不同操作数顺序的乘法和加法。

assert指令可以被认为是一条赋值指令，其中?边是已知的，另一边是未知的。例如=4可以被认为是断言的值为4，或者根据上下文将赋值为4。

图4给出了断言相等指令的一些示例，以及每个指令对应的标志值：

解释指令=5：

?为assert指令=>opcode=4

?next_ap=ap=>ap_update=00=0

?next_pc=pc+instruction_size=>pc_update=000=0

?op0和op1没有addormul=>res_logic(res)=00=0

?存在立即数=>op1_src(op1)=001=1

?立即数地址指令地址相邻=>off_op1=1

?等式左边=>dst_reg(dst)=1

?等式左边=>off_dst=1

?op0_reg/off_op0=>initalvalue(1/-1)//因为这个指令用不到这些flags，所以填充默认值

3.2条件和非条件跳转

jmp指令允许更改程序计数器pc的值。

Cairo支持相对跳转和绝对跳转-分别用关键字rel和abs表示；jmp指令或许是有条件的，比如当某个内存单元的值不为0时，触发jmp指令。

指令的语法如下所示：

#Unconditionaljumps.

jmpabs<adress>

jmprel<offset>

#Conditionaljumps.

jmprel<offset>if<op>!

图5给出了jmp指令的一些示例，以及每个指令对应的标志值：

解释指令jmprel+：

?为jmp指令=>opcode=0

?next_ap=ap=>ap_update=b00=0

?next_pc=pc+res=>pc_update=b010=2

?res=op0+op1=>res_logic(res)=b01=1

?op1:=>op1_src(op1)=b010=2

?op1:=>off_op1=-7

?op0:=>op0_src(op0)=0

?op0:=>off_op0=1

?dst_reg/off_dst=>initalvalue(1/-1)///因为这个指令用不到这些flags，所以填充默认值

3.3call和ret

call和ret指令允许实现函数堆栈。call指令更新程序计数器(pc)和帧指针(fp)寄存器。程序计数器的更新类似于jmp指令。之前fp的值被写入，以允许ret指令将fp的值重置为调用之前的值；类似地，返回的pc(调用指令后面指令的地址)被写到，以允许ret指令跳回并继续执行调用指令后面的代码的执行。由于写入了两个存储单元，ap向前进了2，fp被设置为新的ap。

指令的语法如下：

callret<adress>

callrel<offset>

ret

图6给出了call和ret指令的一些示例，以及每个指令对应的标志值：