RV32I指令集

Posted 2021-01-15 mikewolf2002

RV32I是最基本的32位base指令集，它支持32位寻址空间，支持字节地址访问，仅支持小端格式（little-endian,高地址高位，低地址地位)，寄存器也是32位整数寄存器。RV32I指令集的目的是尽量简化硬件的实施设计，所以它只有47条指令。

在RV32I指令集架构中，包括32个通用目的寄存器，其中x0被预留为常数0，其它31个寄存器(x1-x31)是普通的通用整数寄存器。在Risc-V汇编语言中，每个通用寄存器都有一个对应的ABI名字，也就是说在汇编语言中，x1等价于ra，它们都会编译成相同的机器码。

在Risc-V架构中，要得到当前指令pc（指令在存储器中的位置，instruction program counter)，可以通过AUIPC指令，把它读入到一个通用寄存器中。

寄存器	ABI名字	注释	Saver
x0	zero	Hard-wired zero，常数0
x1	ra	Return address	caller，调用函数的指令pc
x2	sp	Stack pointer	callee，被调用的函数指令pc
x3	gp	Global pointer
x4	tp	Thread pointer
x5	t0	Temporary/alternate link register	caller
x6	t1	Temporaries	caller
x7	t2	Temporaries	caller
x8	s0/fp	Saved register/frame pointer	caller
x9	s1	Saved register	caller
x10	a0	Function arguments/return values	caller
x11	a1	Function arguments/return values	caller
x12	a2	Function arguments	caller
x13	a3	Function arguments	caller
x14	a4	Function arguments	caller
x15	a5	Function arguments	caller
x16	a6	Function arguments	caller
x17	a7	Function arguments	caller
x18	s2	Saved registers	caller
x19	s3	Saved registers	caller
x20	s4	Saved registers	caller
x21	s5	Saved registers	caller
x22	s6	Saved registers	caller
x23	s7	Saved registers	caller
x24	s8	Saved registers	caller
x25	s9	Saved registers	caller
x26	s10	Saved registers	caller
x27	s11	Saved registers	caller
x28	t3	Temporaries	caller
x29	t4	Temporaries	caller
x30	t5	Temporaries	caller
x31	t6	Temporaries	caller

Base指令格式：

RV32I指令格式包括以下6种，每种指令格式都是固定的32位指令，所以指令在内存中必须4字节对齐，否则将触发异常。

其中rd表示目的寄存器，rs1是源操作数寄存器1，rs2是源操作数寄存器2。

imm表示指令中的立即数，比如imm[11:0]，表示一个12位的立即数，它的高20位会符号位扩展，imm[31:12]表示一个32位的立即数，它的低12位会补0。

下图是各种指令格式扩展后的32位立即数。

RV32I整数指令集

RV32I整数指令集分为几个种类：

1.Load和store指令

Category		Fmt	RV32I base	machine code(bin)	comment
Loads	load byte	I	LB rd, rs1, imm	[31-20,imm][19-15,rs1]000[11-7,rd]0000011	rd=mem[rs1+imm], 8bit数据符号位扩展后返回rd
	load half word	I	LH rd, rs1, imm	[31-20,imm][19-15,rs1]001[11-7,rd]0000011	rd=mem[rs1+imm],16bit数据符号扩展后返回rd,应该保证地址对齐，否则产生异常
	load word	I	LW rd, rs1, imm	[31-20,imm][19-15,rs1]010[11-7,rd]0000011	rd=mem[rs1+imm],32bit数据返回rd，应该保证地址对齐，否则产生异常
	load byte unsinged	I	LBU rd, rs1, imm	[31-20,imm][19-15,rs1]100[11-7,rd]0000011	rd=mem[rs1+imm], 8bit数据高位补0后返回rd
	load half unsinged	I	LHU rd, rs1, imm	[31-20,imm][19-15,rs1]101[11-7,rd]0000011	rd=mem[rs1+imm], 16bit数据高位补0后返回rd

stores	store byte	S	SB rs1, rs2, imm	[31-25,imm[11-5]][24-20,rs2,][19-15,rs1]000[11-7,imm[4-0]]0100011	mem[rs1+imm]=rs2的低8bit数据
	store half word	S	SB rs1, rs2, imm	[31-25,imm[11-5]][24-20,rs2,][19-15,rs1]001[11-7,imm[4-0]]0100011	mem[rs1+imm]=rs2的低16bit数据
	store word	S	SB rs1, rs2, imm	[31-25,imm[11-5]][24-20,rs2,][19-15,rs1]010[11-7,imm[4-0]]0100011	mem[rs1+imm]=rs2的32bit数据

RV32I是一个load /store架构，所有的memory访问都是通过load/store指令，其它指令都是在寄存器之间进行运算，比如加法指令，减法指令等等。