计算机体系结构——RSIC-V指令集

1. 指令编码类型

• RISC-V本身就是模块化的指令集，可以灵活的进行组合，具有相当多的可配置型。

例如某处理器核支持 RV32GC（RV64IMAFDC） 模块化指令集：

32位：32位地址空间，即通用寄存器宽度为32位
I：基本整数指令子集，支持32个通用整数寄存器
M：支持整数乘法与除法指令
A：支持存储器原子操作指令和Load-Reserved / Store-Conditional指令
F：支持单精度浮点指令
D：支持双精度浮点指令
C：支持编码长度为16位的压缩指令，提高代码密度
Machine Mode Only：只支持机器模式

RISCV架构推荐使用地址对齐的存储器读写操作，但也支持地址非对齐的操作。

RISCV仅支持小端模式的memory读写

RISCV读写存储器不支持自增或自减模式。

• 指令格式
  在RSIC-V中，所有指令都是32位的，并且在存储器中必须在4字节边界对齐。由于是RSIC架构，指令关于原寄存器和目的寄存器的编码格式固定。

在基本ISA中，分别有一下四种指令格式，当然在此基础上有几种变种。

rs1，rs2是源寄存器地址，rd是目的寄存器地址，opcode是指令操作码，funct是功能码（操作码的数据宽度）
例如sw rs2, imm(rs1)

2. 指令类型

有关指令执行参考链接：https://blog.csdn.net/qq_39815222/article/details/106969845

• 存储器访问指令

数据传送指令只能完成读一个操作数或写一个操作数，并不能进行运算。

见链接：https://blog.csdn.net/qq_39815222/article/details/107224255

• 逻辑算术指令

算术指令能完成读两个寄存器、对它们进行运算和写回运算的操作。

• 控制转移指令
  转移指令的调用可分为保存现场和恢复现场，RISCV调用则较为简洁，它使用公用的程序库（专门用来保存和恢复现场），省去了保存和恢复的诸多指令。

保存现场：进入子程序后要用store指令，将当前上下文（通用寄存器等的值）保存到系统存储器的堆栈区（后入先出）

恢复现场：退出子程序时，用load指令将之前保存的上下文从系统存储器的堆栈区读出来

3. RISC-V寻址空间划分

1. 数据和指令寻址空间
   例如64位的RISC-V架构，指令和数据寻址空间为2的32次方。
2. CSR寻址空间
   专用的12为地址编码空间。

4. RISC-V寄存器文件

寄存器文件又称为寄存器堆，是CPU中多个寄存器组成的阵列，RSIC-V寄存器文件主要包含通用寄存器组、控制状态寄存器和一些特殊寄存器

1. 通用寄存器组
   如果指令集定义为I，则包含32个通用寄存器，分别用x0-x31表示
   若定义为E（嵌入式架构），则包含16个通用整数寄存器，仅支持32位，，分别用x0-x15表示
   若定义为F/D（单精度/双精度），则另外增加32个独立的通用浮点寄存器，分别用f0-f31表示
2. 控制状态寄存器（CSR）
   用于配置和记录一些运行的状态，CSR是Core内的寄存器，使用专门的12位地址编码空间。
3. 程序计数器（PC）
   PC是指令存放在存储器中的地址位置。可以反映在某些通用寄存器或特殊寄存器中。但在RSIC-V架构中，程序要读取PC值，只能通过某些指令间接获得，如AUIPC指令。

5. RSIC-V工作模式

1. 机器模式
   必选项，另外两种可选，通常为简单的嵌入式系统
2. 监督模式
   若支持该模式，另外两种须均支持，该模式下可以实现类似Unix的操作系统
3. 用户模式
   此类系统实现用户和机器模式的区分，从而实现资源保护