RISC-V基础指令之lw和sw（包含使用说明及实例）

LW和SW指令是用于加载和存储字（word）的指令，一个字是32位（4个字节）的数据。LW指令从内存中读取一个字，并将其存放在一个寄存器中。SW指令将一个寄存器中的字写入内存中。这两个指令都需要一个基址寄存器（rs1）和一个偏移量（offset），用来计算内存地址。LW和SW指令的格式如下：

• LW rd, offset(rs1)：从内存地址x[rs1] + sext(offset)处读取一个字，存放在rd寄存器中，其中x[rs1]是rs1寄存器中的值，sext(offset)是符号扩展后的12位立即数。
• SW rs2, offset(rs1)：将rs2寄存器中的字写入内存地址x[rs1] + sext(offset)处，其中x[rs1]是rs1寄存器中的值，sext(offset)是符号扩展后的12位立即数。

LW和SW指令都属于I-Format类型的指令，它们的格式如下：

类型	opcode	rd	funct3	rs1	imm
I-Format	0100011	5位	010	5位	12位

• opcode：这是指令的操作码，用来表示指令的类型和功能。LW和SW指令的opcode都是0100011，占6位。
• rs1：这是指令的第一个源寄存器，用来存放基址。LW和SW指令都需要一个基址寄存器来计算内存地址。rs1占5位，可以表示32个寄存器中的任意一个。
• rs2（rd）：这是指令的第二个源寄存器，用来存放要存储的数据。SW指令需要一个数据寄存器来写入内存。rs2占5位，可以表示32个寄存器中的任意一个。
• funct3：这是指令的功能码，用来区分不同的操作。LW和SW指令的funct3都是010，占3位。
• imm：这是指令的立即数，用来表示偏移量。LW和SW指令都需要一个偏移量来计算内存地址。imm占12位，可以表示-2048到2047之间的任意整数。

例如，假设有以下指令：

• LW x5, 0(x2)
• SW x5, 4(x2)

它们的32位表示如下：

• LW x5, 0(x2)：0000 0000 0000 0010 010 00101 0100011
• SW x5, 4(x2)：0000 0000 0000 0100 00101 010 00101 0100011

可以看到，它们的opcode、funct3、rs1和imm都有不同的值，而rs2只在SW指令中有意义。

例如，假设x2寄存器中的值为0x1000，内存地址0x1000处的值为0x12345678，内存地址0x1004处的值为0x87654321，那么以下指令的效果如下：

• LW x5, 0(x2)：将内存地址0x1000处的值0x12345678读取到x5寄存器中。
• LW x6, 4(x2)：将内存地址0x1004处的值0x87654321读取到x6寄存器中。
• SW x5, 4(x2)：将x5寄存器中的值0x12345678写入内存地址0x1004处，覆盖原来的值0x87654321。
• SW x6, 0(x2)：将x6寄存器中的值0x87654321写入内存地址0x1000处，覆盖原来的值0x12345678。

LW和SW指令有多种使用方式，主要有以下几种：

• 用于数组元素的访问：如果数组元素是一个字，那么可以用LW和SW指令来读取或修改数组元素。例如，假设数组a在内存中从地址0x2000开始连续存放，每个元素占4个字节，那么以下指令可以实现a[i] = a[i+1]的功能：

  • LW x5, 4(x6)：将a[i+1]读取到x5寄存器中，其中x6寄存器中是i乘以4后的结果。
  • SW x5, 0(x6)：将a[i+1]写入a[i]处。

• 用于结构体成员的访问：如果结构体成员是一个字，那么可以用LW和SW指令来读取或修改结构体成员。例如，假设结构体student有两个成员name和age，分别占4个字节，并且结构体变量s在内存中从地址0x3000开始连续存放，那么以下指令可以实现s.age = s.age + 1的功能：

  • LW x5, 4(x7)：将s.age读取到x5寄存器中，其中x7寄存器中是s的起始地址0x3000。
  • ADDI x5, x5, 1：将s.age加一。
  • SW x5, 4(x7)：将s.age写回内存。

• 用于函数参数和返回值的传递：如果函数参数或返回值是一个字，那么可以用LW和SW指令来传递它们。例如，假设有一个函数f(int x)，它的功能是返回x的平方，那么以下指令可以实现调用f(10)并将结果存放在x5寄存器中的功能：

  • LI x10, 10：将10加载到x10寄存器中，作为函数参数。
  • SW x10, -4(x2)：将x10寄存器中的值保存到内存中，用于函数调用时的栈操作。
  • JAL x1, f：跳转到函数f，并将返回地址保存在x1寄存器中。
  • LW x5, 0(x2)：将函数返回值从内存中读取到x5寄存器中。