RISCV指令集分析

皋陶

RISCV指令集分析一、RV32I指令格式

RV32I一共有6种基本指令格式，如下图所示

其中S-type指令格式和B-type指令格式可以认为是同一种格式，因为两种格式都是用了立即数的12位，只不过S类型用的是0到11位而B类型用的是1到12位。

同理U指令格式和J指令格式也可以认为是同一种指令格式，U类型用的是立即数的12到31位而J类型用的是1到20位

二、各格式指令的介绍

1、I类型指令

addI rd rs1 immediate

寄存器x[rd] = x[rs1] + immediate。该立即数只有12位，根据RISCV的规定所有的立即数不足32的都进行符号扩展到32位

slti rd rs1 immediate

比较寄存器x[rs1]和立即数imm的值，根据比较结果设置寄存器x[rd]的值

sltiu rd rs1 immediate

和slti指令类似，只不过这里比较的立即数为无符号数

xori rd rs1 immediate

寄存器x[rd] = x[rs1] ^ sext[imm]，sext[imm]中的sext其实就是sign-extend（符号扩展）的缩写表示将该立即数扩展到32位，如果是有符号数则进行符号扩展，若是无符号数则进行无符号扩展

ori和addi指令的意义类似于xori只不过一个是做或操作一个是做与操作

slli rd rs1 shamt

寄存器x[rd] = 寄存器x[rs1]逻辑左移shamt位

srli rd rs1 shamt

逻辑右移

srai rd rs1 shamt

算术右移

lw rd offset(rs1)

offset(rs1)表示的地址是 M[sext[offset] + x[rs1]] 也就是将offset符号扩展到32位然后加上寄存器x[rs1]的值，找到内存中的该地址取得一个字(w)也就是32位，存储到寄存器x[rd]中

lb,lh,lw,lbu,lhu都是从内存中加载数据到寄存器，其中lbu和lhu中的offset进行的是无符号扩展

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3、R类型指令

add，sub，sll，slt，sltu，xor，srl，sra，or，and指令和上述的I形指令很多类型，不同的地方就是将立即数换成了寄存器rs2

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4、S类型指令

sw rs2 , offset(rs1)

M[sext[offset] + x[rs1]] = 寄存器x[rs2] 将寄存器x[rs2]中的值存储到内存中，内存的寻址方式和I形lw指令一样

sh，sb指令也类似

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5、B类型指令

bge rs1 rs2 offset

如果寄存器x[rs1]的值大于等于寄存器x[rs2]的值，则pc += sext[offset] ，pc的值进行更改也就是进行跳转

对应的bne，blt，beq，bltu，bgeu指令的含义都类似，不同的就是寄存器的比较方式不同，其中bltu和bgeu的offset扩展是无符号扩展

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6、U形指令

lui rd imm

将立即数imm加载到寄存器x[rd]的高20位

auipc rd imm

向pc高位加上立即数

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7、J形指令

jal rd offset

寄存器x[rd] = pc + 4，然后pc += sext[offset]

jalr rd rs1 offset（I形指令）

把 pc 设置为 x[rs1] + sign-extend(offset)，把计算出的地址的最低有效位设为 0，并将原 pc+4 的值写入 x[rd]。rd 默认为 x1。

完