Chapter 2¶
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RISC-V 指令¶
小端:低位放在地址较小处;大端相反
Registers¶
| Name | Register name | usage | preserved on call? |
|---|---|---|---|
| x0 | 0 | Constant value 0 | |
| x1(ra) | 1 | return address(link register) | yes |
| x2(sp) | 2 | stack pointer | yes |
| x3(gp) | 3 | global pointer | yes |
| x4(tp) | 4 | thread pointer | yes |
| x5-x7 | 5-7 | temporaries | no |
| x8-x9 | 8-9 | saved | yes |
| x10-x17 | 10-17 | arguments/results | no |
| x18-x27 | 18-27 | saved | yes |
| x28-x31 | 28-31 | temporaries | no |
Data Path¶
R-type¶
内部结构¶
| 7bits | 5bits | 5bits | 3bits | 5bits | 7bits |
|---|---|---|---|---|---|
| 31funct725 | 24rs220 | 19rs115 | 14funct312 | 11rd7 | 6opcode0 |
具体指令¶
opcode = 0110011
不包含立即数的所有整数计算指令，一般表示寄存器-寄存器操作的指令,如:
- add,sub,and,or,nor,sll,srl,sra,slt,sltu
Data_Path¶
机器码转换¶
add x9,x20,x21 -> 0000000 10101 10100 000 01001 0110011 = 0x015A04B3
| 7bits | 5bits | 5bits | 3bits | 5bits | 7bits |
|---|---|---|---|---|---|
| 0000000 | 10101(21) | 10100(20) | 000 | 01001 | 0110011 |
由于二进制太长,我们通常用十六进制表示
I-type¶
内部结构¶
| 12bits | 5bits | 3bits | 5bits | 7bits |
|---|---|---|---|---|
| 31immediate[11:0]20 | 19rs115 | 14funct312 | 11rd7 | 6opcode0 |
具体指令¶
opcode = 0010011,0000011,1100111
相当于将 R-typed 指令格式中的一个操作数改为立即数,如:
-
- 算术型(
0010011):addi,xori,ori,andi,slli,srli,srai,slti,sltiu addi rd,rs1,imm
- 算术型(
-
- load型(
0000011):lb,lh,lv,lbu,lhu lb rd,imm(rs1):从内存读8bit数据,内存地址=rs1 + imm,数据写入rd
- load型(
-
- store型(
1100111):jalr jalr rd,imm(rs1):rd存储返回地址(pc + 4),然后跳转到新地址(rs1 + imm)
- store型(
立即数生成¶
imm = {{20{inst[31]}},inst[31:20]}
Data_Path¶
load型¶
S-type¶
内部结构¶
| 7bits | 5bits | 5bits | 3bits | 5bits | 7bits |
|---|---|---|---|---|---|
| 31immediate[11:0]25 | 24rs220 | 19rs115 | 14funct312 | 11immediate[4:0]7 | 6opcode0 |
具体指令¶
opcode = 0100011
一般表示访存store指令,如:
-
- sw(存储字),sh(半字),sb(字节)
sb rs2,imm(rs1):将rs2低8位写入内存,内存地址 = rs1 + imm
Data_Path¶
立即数生成¶
imm = {{20{inst[31]}},inst[32:25],inst[11:7]}
B-type¶
内部结构¶
| 7bits | 5bits | 5bits | 3bits | 5bits | 7bits |
|---|---|---|---|---|---|
| 31immediate[12,10:5]25 | 24rs220 | 19rs115 | 14funct312 | 11immediate[4:1,11]7 | 6opcode0 |
具体指令¶
- opcode =
1100011 - 一般表示条件跳转指令,如:
- - beq(相等),bne(不相等),bge(大于等于),bgeu,blt(小于),bltu
beq rs1, rs2, imm:比较rs1和rs2的值,相等则跳转到新地址(imm),不相等则执行下一条指令(pc = pc + 4)
Data_Path¶
立即数生成¶
imm = {{19{inst[31]}},inst[31],inst[7],inst[30:25],inst[11:8],1'b0}
J-type¶
内部结构¶
| 20bits | 5bits | 7bits |
|---|---|---|
| 31immediate[20,10:1,11,19,12]12 | 11rd7 | 6opcode0 |
具体指令¶
opcode = 1101111
一般表示无条件跳转指令,如:
- jal(
jal rd,label):将当前指令的下一条地址(pc + 4)存储到rd,然后跳转到label
Data_Path¶
立即数生成¶
imm = {{11{inst[31]}},inst[31],inst[19:12],inst[20],inst[30:21],1'b0}
U-type¶
内部结构¶
| 20 bits | 5 bits | 7 bits |
|---|---|---|
| 31immediate[31 : 12]12 | 11rd7 | 6opcode0 |
具体指令¶
opcode = 0110111,0010111
一般表示长立即数操作指令,如:
- lui(0110111,lui x5, imme[4:0]):将立即数左移12位,并将低12位置0,将结果写回目的寄存器
- auipc(
0010111,auipc x1,imme[4:0]):将PC高20位加上imme存储到x1
立即数生成¶
imm = {inst[31:12],12'b0}