RISC-V基本32位整数指令集（RV32I）概述

robin.zhu

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RISC-V基本32位整数指令集（RV32I）概述

RISC-V的指令集采用模块化划分，本文只讨论RISC-V基本32位整数指令集（RV32I）, 文档参考riscv.org的指令集标准文档。
基本处理器有32位通用寄存器x0~x31和PC寄存器。x0是常数0只读寄存器（用于简化译码器和ALU格式），x1往往作为函数返回地址寄存器，x2往往作为栈指针.

1 RV32I概要(47条)
        RISC-V指令集已经基本固定，其中32位整数指令集是最基本也是必须实现的核心指令集。
        一共有47条。大致分类如下，具体指令格式以及参数说明在后续章节详解。        
1.1 用于系统相关指令10条，包括：
        1.1.1 FENCE类指令，目标是在没有MMU的情况下，多线程运行的环境下，运行中内存模式一致性。包括FENCE, FENCE.I共2条指令
        1.1.2 ECALL，EBREAK，系统调用指令。目的是实现操作系统必须的系统调用支持。包含ECALL,EBREAK共2条指令
        1.1.3 CSR（控制和状态寄存器）类指令，目标是对系统状态的维护和调用。包含CSRRW，CSRRS，CSRRC，CSRRWI，CSRRSI，CSRRCI共6条指令        
1.2 用户程序指令37条，包括：
        1.2.0 立即数指令，目的是辅助对寄存器完成立即数装载，包含LUI,AUIPC共2条指令
        1.2.1 跳转类指令，目的是完成程序的分支，包括无条件跳转和有条件跳转。包含JAL,JALR,BEQ,BNE,BLT,BGE,BLTU,BGEU共8条指令
        1.2.1 LOAD类指令，目标是从内存和MAPPING IO组成的存储器装载数据到寄存器。包含LB，LBU，LH，LHU，LW共5条指令
        1.2.2 STORE类指令，目标是从寄存器存储数据到内存和MAPPING IP组成的存储器。包含SB，SH，SW共3条指令
        1.2.3 核心ALU类指令，目标是在寄存器内加上可能存在的立即数参数进行比较、算数运算、逻辑运算、移位操作。共19条。可进一步细分为：
                比较操作：SLT，SLTI，SLTU，SLTIU
                逻辑运算：AND，ANDI，OR，ORI，XOR，XORI
                移位操作：SRA，SRAI，SRL，SRLI，SLL，SLLI
                算数操作：ADD，ADDI，SUB

2.RV32I指令格式
        2.1 RV32I，47条指令均为为32位定长指令。
        为了RISC-V CORE内部译码实现的方便，所有的RV32I指令都可以看成对齐的6段结构组成：
        IZ[31:25]|RSI2[24:20]|RSI1[19:15]|FUNCT3[14:12]|RDI[11:7]|OPCODE[6:0]
        对于RV32I，OPCODE最低2位是1。如果不是，则是其他子集的指令或者非法指令，比如00，01，10都属于16位压缩指令。
        对于OPCODE[6:2]有定义的值是：
                00000：LOAD类
                00011：FENCE类
                00100：ALU类含立即数参数操作
                00101：AUIPC
                01000：STORE类；
                01100：ALU类3寄存器参数操作（即ALU指令中助记符不以I结尾的指令）
                01101：LUI
                11011：跳转类
                11100：ECALL，EBREAK，CSR类               
        2.2 从格式上，RV32I的47条共分为R，I，S，U四类，部分指令的部分参数需要多段组合形成。         

         R（3寄存器ALU操作，立即数移位操作也属于特殊类型I指令）
         I（ALU类含立即数参数操作，但不包含立即数移位操作，JALR）
         S（条件跳转操作，STORE操作）
         U（LUI，AUIPC，JAL)
         具体格式如下：
        31                         25 | 24         20 | 19                15 | 14        12 | 11        7 | 6         0
        funct7                        | rs2             |  rs1                  | funct3       | rd            | opcode                 R-type
        imm[11:0]                                      | rs1                   | funct3       | rd            | opcode                I-type        
        imm[11:5]                  |rs2              |  rs1                  | funct3       | imm[4:0]  | opcode                S-type      
        imm[31:12]                                                                               | rd             | opcode                U-type        
        
        2.3 立即数操作
        立即数的高20位是通过LUI加载的，如果立即数对应地址空间，那么地址可以看成段页式。具体作用就是页内只有12位地址空间（4K字节）段有1M个空间，和在一切就是32位的4G空间。
        AUIPC则是PC现有值加上12位立即数存入RD寄存器。如果立即数为0，则直接取PC寄存器当前值。

3.RV32I指令列表说明（待续）

huatiantian

good thanks

gghr

good thanks

huatiantian

goooood

dwm1235

说的很明白

fageic

后按资料 不错

chentb1990

不错，很好的参考和备忘资料

ZHOUSHUNMIN

非常感谢

i_test

good thanks

周志鹏

谢谢