（一）RISC-V 指令集及寄存器介绍

news2024/11/15 3:33:36

1. RISC-V指令集介绍

RISC-V 念作 “risk-five”，代表着 Berkeley 所研发的第五代精简指令集。
该项目 2010 年始于加州大学伯克利（Berkeley）分校，希望选择一款 ISA用于科研和教学。经过前期多年的研究和选型，最终决定放弃使用现成的X86 和 ARM 等 ISA，而是自己从头研发一款：

List itemX86：太复杂，IP 问题
List itemARM：一样的复杂，而且在 2010 年之前还不支持 64 位，以及同样的 IP 问题。

2. 模块化ISA

指令集分为基本部分和扩展部分，基本部分的指令集所有硬件实现都必须有这一部分实现，而扩展部分则是可选的。扩展部分又分为标准扩展和非标准扩展。例如，乘除法、单双精度的浮点、原子操作就在标准扩展子集中。

由 1 个基本整数指令集 + 多个可选的扩展指令集组成。基础指令集是固定的，永远不会改变。
RISC ISA = 1个基本整数指令集 + 多个可选的扩展指令集。

“I” 基本整数集，其中包含整数的基本计算、Load/Store和控制流，所有的硬件实现都必须包含这一部分。
“M” 标准整数乘除法扩展集，增加了整数寄存器中的乘除法指令。
“A” 标准操作原子扩展集，增加对储存器的原子读、写、修改和处理器间的同步。
“F” 标准单精度浮点扩展集，增加了浮点寄存器、计算指令、L/S指令。
“D” 标准双精度扩展集，扩展双精度浮点寄存器，双精度计算指令、L/S指令。
I+M+F+A+D 被缩写为 “G” ，共同组成通用的标量指令。
在后续ISA的版本迭代过程中，RV32G和RV64G总是保持不变。
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RISC-V指令集架构和X86/ARM相比，一大优势就是支持模块化
RISC-V 指令集架构一改传统增量 ISA 模式，采用模块化 ISA 模式，它被定义为基本的整数指令集架构，以及几个标准的扩展子集，可以自定义指令扩展，如下表所示。
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它的核心为RV32I的基础整数指令集，RV32I 是固定的，并保持永远不变，而其扩展是可选择进行实现的。这为编译器、汇编器和操作系统开发人员提供了稳定的研发目标。其扩展包括 M、F、D、A、G、C、V等，开发人员根据实际的应用程序，硬件设计可以选择是否实现这些扩展。这种模块化特性解决了以往指令集增量 ISA 模式和兼容性带来的弊端，并且使得 RISC-V 具有了小型化、低功耗的特点，这对于嵌入式应用至关重要的。

3. RV32I：32个通用寄存器+1个PC寄存器

3.1 通用寄存器的介绍

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risc-v 有32个通用寄存器（简写 reg），标号为x0 - x31，每个通用寄存器都有各自的用途。
例如 x2是作为sp栈指针、a0 a1用来保存函数参数或返回值。x0寄存器被硬连线为0，就是个0值寄存器。

ABI名称相当于这些通用寄存器的别名，在RISC-V汇编当中，都使用ABI名称来代表这些寄存器。
对于有别名的寄存器，优先使用别名，更达意，更好记。