RISC-V 指令 ¶

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指令集 ¶

RISC-V 指令集包括基础指令集和扩展指令集。基础指令集具有 32-bit 固定长度，扩展指令集支持 16-bit 任意整数倍的可变长度。

RISC-V 基础指令集具有 R、I、S、SB、U、UJ 六种结构，如图自上而下。

RISC-V 基础指令集中有些细节需要注意：

对于 I 型指令，立即数移位 slli srli srai 会把指令 [31:26] 用作额外的操作码，因为移位立即数不会超过 64
对于 SB 和 UJ 型指令，执行 PC 相对寻址，立即数低位自动补 0，相对寻址步长为 16-bit，以适应指令集的最小长度
对于 U 型指令，lui auipc 把立即数置入寄存器的 [31:12] 位，低位自动补 0，通常配合 addi 补上低位，从而构造大立即数

指令助记卡 ¶

计组课堂教材附录

source: 咸鱼暄的代码空间

寄存器组 ¶

RISC-V 架构提供 32 个整数寄存器，每个寄存器是 64-bit 的，可以寻址 $2 ^ {64}$ 个地址。当实现浮点扩展时，还提供 32 个浮点寄存器，计组课程不涉及。

寄存器访问速度快于内存，编译器优先调用寄存器空间。当寄存器空间不足时，通过把部分寄存器数据压入内存来释放寄存器空间。

source: 咸鱼暄的代码空间

寻址 ¶

RISC-V 架构下内存地址是 64-bit、小端序、非对齐的。注意我们称 32-bit 为一个 word，64-bit 为一个 doubleword。

RISC-V 是一种 load-store 架构，即除了 load 和 store 系指令可以直接访问内存，其余指令仅可访问寄存器。RISC-V 架构具有立即数寻址、寄存器寻址、基址寻址、PC 相对寻址四种寻址方式，如图自上而下。

程序调用 ¶

RISC-V 使用指令 jal x1, ProcedureAddress 来调用子程序，使用指令 jalr x0, 0(x1) 来返回母程序。

在程序调用中，RISC-V 必须使用额外的指令在调用前将部分寄存器数据压入内存栈，在调用后将这些寄存器数据弹出内存栈，从而实现程序调用前后这些数据的不变性。

例：递归 ¶

C program
long long int fact(long long int n) {
    if ( n < 1 ) return 1;
    else         return n * fact(n - 1);
}

RISC-V assembly code
fact: addi sp, sp, -16      # adjust stack for 2 items
      sd   x1, 8(sp)        # save the return address
      sd   x10, 0(sp)       # save the argument n
      addi x5, x10, -1      # x5 = n - 1
      bge  x5, x0, L1       # if n >= 1, go to L1
      addi x10, x0, 1       # return 1
      addi sp, sp, 16       # adjust stack to pop 2 items (no need to ld)
      jalr x0, 0(x1)        # return to caller
L1:   addi x10, x10, -1     # n >= 1: argument gets (n - 1)
      jal  x1, fact         # call fact with (n - 1)
      addi x6, x10, 0       # move result of fact (n - 1) to x6
      ld   x10, 0(sp)       # restore argument n
      ld   x1, 8(sp)        # restore the return address
      addi sp, sp, 16       # adjust stack to pop 2 items
      mul  x10, x10, x6     # return n * fact(n - 1)
      jalr x0, 0(x1)        # return to the caller

内存管理 ¶

最后更新: 2024年6月21日 21:08:05
创建日期: 2024年5月8日 21:37:36