RV32I¶
简介¶
RISC-V 的指令集体系结构是模块化的。最基础的指令是 RV32I，即 32 位的整数指令集，包含了所有的 RISC-V 处理器都必须要实现的指令。
指令格式¶
六种基本指令格式：
- 用于寄存器-寄存器操作的 R 类型指令；
- 用于短立即数和访存 load 操作的 I 型指令；
- 用于访存 store 操作的 S 型指令；
- 用于条件跳转操作的 B 类型指令；
- 用于长立即数的 U 型指令；
- 用于无条件跳转的 J 型指令。
特别的，所有位都是 0 的指令码和所有位是 1 的指令码都是非法指令，可以被异常捕获方便调试。
寄存器¶
x0 / zero
x1 / ra (return address)
x2 / sp (stack pointer)
x3 / gp (global pointer)
x4 / tp (thread pointer)
x5 / t0 (temporary)
x6 / t1
x7 / t2
x8 / s0 / fp (saved register, frame pointer)
x9 / s1
x10 / a0 (function argument, return value)
x11 / a1 (function argument, return value)
x12 / a2
x13 / a3
x14 / a4
x15 / a5
x16 / a6
x17 / a7
x18 / s2 (saved register)
x19 / s3
x20 / s4
x21 / s5
x22 / s6
x23 / s7
x24 / s8
x25 / s9
x26 / s10
x27 / s11
x28 / t3
x29 / t4
x30 / t5
x31 / t6
整数计算¶
1¶
算术指令：add, sub
逻辑指令：add, or, xor
移位指令：sll, srl, sra
上述指令还有立即数的版本，立即数总是进行符号扩展。
2¶
根据比较结果生成布尔值：RV32I 提供一个当小于时置位的指令。如果第一个操作数小于第二个操作数，它将目标寄存器设置为 1，否则为 0。有符号版本（slt）和无符号版本（sltu）。
3¶
剩下的两条整数计算指令主要用于构造大的常量数值和链接。
加载立即数到高位 lui 将 20 位常量加载到寄存器的高 20 位，接着可以使用标准的立即数指令来创建 32 位常量。由于 32 位常量本来就需要占用全部的 32 位，而指令长度也是 32 位，因此不得不使用拼接的方式来构造出 32 位的常量来放置到 32 位的寄存器中，使用 lui 指令来达到这个目的。
auipc 指令将立即数左移 12 位加到 PC 上，并将结果写入到目标寄存器。这样，可以将 auipc 中的 20 位立即数与 jalr 中的 12 位立即数组合，将执行流程转移到任何相对于 PC 寄存器的 32 位偏移地址。
应用¶
大位宽数据加法¶
64 位整数求和：
// {a3, a2} 即把低位保存在 a2，高位保存在 a3 的 64 位整数
// {a3, a2} + {a5, a4} = {a1, a0}
add a0, a2, a4
sltu a2, a0, a2
add a1, a3, a5
add a1, a2, a1
load store¶
- 32bits:
lw, sw - 16bits:
lh, lhu, sh - 8bits:
lb, lbu, sb
RISC-V 是精简指令集体系结构，使用明确的内存访问指令来访问内存而省略了 x86 复杂的寻址模式，其它的指令都不会涉及到内存。
条件分支¶
beq
bne
bge
bgeu
blt
bltu
应用¶
检测加法溢出¶
RISC-V 依赖于软件进行溢出检查。
检查无符号加法的溢出：
add t0, t1, t2
bltu t0, t1, overflow
检查有符号加法的益处
add t0, t1, t2
slti t3, t2, 0 # t3 = (t2 < 0) ? 1 : 0
slt t4, t0, t1 # t4 = (t1 + t2 < t1) ? 1 : 0
bne t3, t4, overflow
无条件跳转¶
- jal 将下一条指令 PC+4 的地址保存到目标寄存器中，通常是返回地址寄存器 ra。如果使用 x0 来替换 ra，则可以实现无条件跳转，因为 x0 不能被更改。
- jalr 可以调用地址是动态计算出来的函数，或者也可以实现调用返回（ra 作为源寄存器，x0 作为目标寄存器）。
最后更新:
2022年9月14日