RISC-V指令集
1、寄存器
RV32I有32个通用寄存器，以及一个PC寄存器。其中有一个通过硬件设置的值恒为 0 的 x0 寄存器
注：RISC-V的32个寄存器x0～x31是用0～31这些数字来表示。
2、基础指令
RISC-V有六种基本指令格式：
每个字段名称的含义：
- opcode(操作码):指令的基本操作，这个缩写是它惯用名称。
- rd: 目的操作寄存器，用来存放操作结果。
- funct3: 一个另外的操作码字段。
- rs1: 第一个源操作数寄存器。
- rs2: 第二个源操作数寄存器。
- funct7: 一个另外的操作码字段。
- imm：立即数
2.1、R 型指令
字段：
| funct7 | rs2 | rs1 | funct3 | rd | opcode |
|---|---|---|---|---|---|
| 7位 | 5位 | 5位 | 3位 | 5位 | 7位 |
指令：
示例：
add a0, a1, a2 //a0 = a1 + a2
sub a0, a1, a2 //a0 = a1 - a2
sll a0, a1, a2 //a0 = a1 << a2(低位补0)
srl a0, a1, a2 //a0 = a1 >> a2(高位补0）
sra a0, a1, a2 //a0 = a1 >> a2 (算术右移，高位补原来的符号位)
slt a0, a1, a2 //a1 < a2 ? a0 = 1 : a0 = 0
xor a0, a1, a2 //a0 = a1 ^ a2
or a0, a1, a2 //a0 = a1 | a2
and a0, a1, a2 //a0 = a1 & a2
2.2、I 型指令
字段：
| imm | rs1 | funct3 | rd | opcode |
|---|---|---|---|---|
| 12位 | 5位 | 3位 | 5位 | 7位 |
指令：
示例：
addi a0, a1, 0x5 //a0 = a1 + 0x5
subi a0, a1, 0x05 //a0 = a1 - 0x05
slli a0, a1, 0x05 //a0 = a1 << 0x05(低位补0)
srli a0, a1, 0x05 //a0 = a1 >> 0x05(高位补0）
srai a0, a1, 0x05 //a0 = a1 >> 0x05 (算术右移，高位补原来的符号位)
slti a0, a1, 0x05 //a1 < 0x05 ? a0 = 1 : a0 = 0
xori a0, a1, 0x05 //a0 = a1 ^ 0x05
ori a0, a1, 0x05 //a0 = a1 | 0x05
andi a0, a1, 0x05 //a0 = a1 & 0x05
取值指令—Load
字段：
| imm | rs1 | funct3 | rd | opcode |
|---|---|---|---|---|
| 12位 | 5位 | 3位 | 5位 | 7位 |
指令：
示例：
lb x10, 0(x1) //将x1的值加上0,将这个值作为地址， 取出这个地址所对应的内存中的值， 将这个值赋值给x10(取出的是8位数值)
lh x10, 0(x1) //从内存中取出16位数值
lw x10, 0(x1) //从内存中取出32位数值
lbu x10, 0(x1) //从内存中取出8位无符号数值
lhu x10, 0(x1) //从内存中取出16位无符号数值
2.3、S 型指令
字段：
| imm[11:5] | rs2 | rs1 | funct3 | imm[4:0] | opcode |
|---|---|---|---|---|---|
| 7位 | 5位 | 5位 | 3位 | 5位 | 7位 |
指令：
示例：
sb x10, 0(x1) //x1的值加上0,将这个值作为地址， 将x10的值存储到上述地址所对应的内存中去 (只会将x10的值的低8位写入)
sh x10, 0(x1) //只会将x10的值的低16位写入
sw x10, 0(x1) //只会将x10的值的低32位写入
2.4、B 型指令
字段：
| imm[12] | imm[10:5] | rs2 | rs1 | funct3 | imm[4:1] | imm[11] | opcode |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1位 | 6位 | 5位 | 5位 | 3位 | 4位 | 1位 | 7位 |
指令：
| 指令 | 示例 | 含义 | 备注 |
|---|---|---|---|
| beq | beq a1, a2, Lable | if(a1 == a2){goto Label;} | Lable是任意自定义的标签 |
| bne | bne a1, a2, Lable | if(a1 != a2){goto Label;} | |
| blt | blt a1, a2, Lable | if(a1 < a2){goto Label;} | |
| bgt | bgt a1, a2, 100 | if(a1 > a2){goto Label;} | 100与Label对应着相同的指令， 实际上在运行时Label会变成pc+xxx |
| bge | bge a1, a2, 100 | if(a1 <= a2){goto Label;} | |
| ble | ble a1, a2, 100 | if(a1 >= a2){goto Lable;} |
2.5、U 型指令
字段：
| imm[31:12] | rd | opcode |
|---|---|---|
| 10位 | 5位 | 7位 |
指令：
lui x10, 0x65432 //得到立即数的高20位，低位补0，立即数范围为：0x00~0xFFFFF
2.6、J 型指令
字段：
| imm[20] | imm[10:1] | imm[11] | imm[19:12] | rd | opcode |
|---|---|---|---|---|---|
| 1位 | 10位 | 1位 | 8位 | 5位 | 7位 |
指令：
示例：
jal ra, symbol // 跳转到Symbol中去, 并把ra设置成返回地址 Symbol 可以是自定义的Label ,也可以是某个函数名
jal ra, 100 // 跳转到pc + 100 * 2的地方中去, 并把ra设置成返回地址 pc相对寻址，对应的是位置无关代码（PIC)
jalr ra, 40(x10) //跳转到x10+40 的地方中去, 并把ra设置成返回地址x10+40必须是绝对地址，指向内存中某个确定的地方（往往是函数的开头），非PIC
3、汇编语言翻译成机器语言
示例1：
例题
对于符号表示为：
add x9, x20, x21
的RISC-V指令，首先以十进制表示，然后用二进制表示
答案
有上面的介绍可知add指令的字段如下：
直接用十进制表示如下：
| funct7 | rs2 | rs1 | funct3 | rd | opcode |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 21 | 20 | 0 | 9 | 51 |
一条指令的每一段称为一个宇段。
第一、第四和第六个字段（0、0 和 51）组合起来告诉RISC-V计算机该指令执行加法操作。
第二个字段给出了作为加法运算的第二个源操作数的寄存器编号（21 表示 x21），
第三个字段给出了加法运算的另一个源操作数（20代表×20)。
第五个字段存放要接收总和的奇存器编号（9代表x9)。
因此，该指令将寄存器 x20 和寄存器 x21 相加并将和存放在寄存器x9中。
用二进制表示如下：
| funct7 | rs2 | rs1 | funct3 | rd | opcode |
|---|---|---|---|---|---|
| 0000000 | 10101 | 10100 | 000 | 01001 | 0110011 |
总上，add x9, x20, x21 的RISC-V指令对应的机器码为: 00000001010110100000010010110011
示例2
例题
有以下几条汇编：
ld x9, 240(x10)
add x9, x21, x9
addi x9, x9, 1
sd x9, 240(x10)
将它们翻译为对应的机器码
答案
自己尝试解答一下