目录
一、RISC-V架构概述
二、RV32I指令集概述
三、RV32I指令格式
四、21条运算指令
五、8条访存指令
六、8条转移指令
七、10条其他指令
八、RV32I的寻址方式
一、RISC-V架构概述
RISC-V指令集起源：
- 全新的、具有典型RISC特征的指令集架构，2010年加州大学伯克利分校发明，“RISC”指精简指令集计算机，“V”指从RISC-I开始的第五代指令集
- ARM、MIPS、SPARC、X86等各种指令集架构存在缺陷（多年发展后变得繁冗，且有高昂的专利和架构授权），RISC完全免费开放，标准手册与架构文档共享在网站 www.riscv.org 上
- RISC性能优越，能够满足从微控制器到超级计算机等各种复杂程度的处理器需求
- RISC支持从FPGA、ASIC乃至未来器件等多种实现方式，能够高效实现各种微结构，支持定制与加速功能，兼容目前各种现有软件及编程语言
CISC与RISC对比
二、RV32I指令集概述
- 指令字长ILEN：固定32位
- 整数表示：采用补码
- 整数寄存器个数：32个
- 指令编码的存储格式：小端模式
- 指令条数：47条
- 寄存器位长XLEN = 机器字长
- 地址空间 = 2 ^ XLEN
RV32I通用寄存器堆
- 整数寄存器：32×32位，x0~x31
- 浮点寄存器：32×32位，f0~f31（整数指令集不关注）
- ABI：规定了每个寄存器的使用约定、寄存器别名
三、RV32I指令格式
- 指令格式共6种类型，固长32位
- 操作码字段：opcode，7位，固定在指令字的最低7位，指定指令的格式类型
- 功能码字段：funct3、funct7，用于定义某类指令的具体指令（区分功能）
- 寄存器字段：3个，各5位，原寄存器rs1 / rs2、目的寄存器rd，有固定位置
- 立即数字段：imm，12位 / 20位，需要扩展成32位的立即操作数imm32
立即数生成规则
四、21条运算指令
10条R型运算指令：Register
- 功能：对寄存器数据进行算术逻辑运算，运算结果写入目的寄存器
9条I型运算指令：Immediate
- 功能：对寄存器与扩展后立即数进行算术逻辑运算，将结果写入目的寄存器
2条U型数据处理指令：大立即数指令
- lui：load upper immediate
- auipc：add upper immediate to pc
五、8条访存指令
5条I型装数指令：Load from Memory
- lb：load byte
- lh：load half word
- lw：load word
- lbu：load byte unsigned
- lhu：load half word unsigned
- 功能：从存储器读出数据装入寄存器
3条S型存数指令：Store to Memory
- sb：store byte
- sh：store half word
- sw：store word
- 功能：将寄存器数据写入cunchuq
六、8条转移指令
2条J型/I型跳转并链接指令
- jal：jump and link
- jalr：jump and link-rs1
6条B型条件分支指令：转移控制
- beq：branch if equal
- bne：branch if not equal
- blt：branch if less then
- bge：branch if great or equal
- bltu：branch if less then-unsigned
- bgeu：branch if great or equal-unsigned
七、10条其他指令
2条存储器屏障指令
6条系统指令
2条断点指令
八、RV32I的寻址方式
RV32I指令集操作数：有立即数、寄存器和存储器三种类型
寻址方式：立即寻址、寄存器寻址、基址寻址、相对寻址
直接寻址：由指令中的立即数字段指定，需要拓展为32位立即数
寄存器寻址：在某个整数寄存器中，由指令给出5位寄存器编号rs1、rs2、rd
基址寻址：用于存数和取数指令
- 操作数：在主存的某个单元中，EA = (rs1) + 偏移量(offset)
- 指令：给出rs1的5位编号和12位偏移量(立即数字段)
- 偏移量：需要经过立即数扩展变成32位偏移量，即 EA = (rs1) + SE32(imm32)
相对寻址：用于J型和B型无条件转移指令和条件分支指令
- 转移目标地址：PC和偏移量之和，指令中给出偏移量
