RISC-V指令详解-计组

常见指令类型

R型指令

一、指令格式

funct7(7 bit)	rs2(5 bit)	rs1(5 bit)	funct3(3 bit)	rd(5 bit)	opcode(7 bit)

其中：

• rs1(5 bit):存储第一个操作数所在的寄存器号
• rs2(5 bit):存储第二个操作数所在的寄存器号
• rd(5 bit): 存储结果数所在的寄存器号

二、示例

Example One:
add x7, x8, x9

funct7(7 bit)	rs2(5 bit)	rs1(5 bit)	funct3(3 bit)	rd(5 bit)	opcode(7 bit)
*******	01001(9)	01000(8)	***	00111(7)	*******

I型指令

一、指令格式

imm(12 bit)	rs1(5 bit)	funct3(3 bit)	rd(5 bit)	opcode(7 bit)

其中：

• rs1(5 bit):存储第一个操作数所在的寄存器号
• imm(12 bit):是一个12位的立即数字段，用于提供操作数的立即数值。这个立即数可以被有符号扩展到32位，并与寄存器rs1的内容进行运算。
• rd(5 bit): 存储结果数所在的寄存器号

注意：由于I型指令中仅有rs1，没有rs2，所以该类型指令的第二个操作数一定是立即数，第一个操作数一定是用寄存器地址表示

二、示例

Example One:
addi x7, x8, 20

imm(12 bit)	rs1(5 bit)	funct3(3 bit)	rd(5 bit)	opcode(7 bit)
10100(20)	01000(8)	***	00111(7)	*******

Example Two:
ld x7, 30(x8)

imm(12 bit)	rs1(5 bit)	funct3(3 bit)	rd(5 bit)	opcode(7 bit)
0000 0001 1110(30)	01000(8)	***	00111(7)	*******

S型指令

一、指令格式

imm[11:5](7 bit)	rs2(5 bit)	rs1(5 bit)	funct3(3 bit)	imm[4:0](5 bit)	opcode(7 bit)

其中：

• rs1(5 bit):存储基址寄存器号
• rs2(5 bit):存储将要被保存在内存中的数据的寄存器号
• imm(12 bit):存储偏移量

二、示例

Example One:
sd x10, 16(x5)

imm[11:5](7 bit)	rs2(5 bit)	rs1(5 bit)	funct3(3 bit)	imm[4:0](5 bit)	opcode(7 bit)
0000 000	01010(10)	00101(5)	***	1 0000	*******

SB型指令

一、指令格式

imm[12]	imm[10:5]	rs2	rs1	funct3	imm[4:1]	imm[11]	opcode

其中：

• immediate(12 bit):表示分支目标相对于当前指令地址的偏移量。
• rs1(5 bit):存储用于比较的数值的寄存器号
• rs2(5 bit):存储用于比较的数值的寄存器号

二、示例

Example One:
bne x9, x10, 100

imm[12]	imm[10:5]	rs2	rs1	funct3	imm[4:1]	imm[11]	opcode
0	001 100	01010(10)	01001(9)	***	0 010	0	*******

U型指令

一、指令格式

imm[31:12]	rd(5 bit)	opcode(7 bit)

其中：

• imm[31:12]：20 位的立即数字段，表示要加载到目标寄存器的高位立即数。
• rd：目标寄存器，用于存储加载的立即数。
• U型指令中常见的仅有lui指令和auipc指令

二、示例

lui x1, 0x00001

imm[31:12]	rd(5 bit)	opcode(7 bit)
0000 0000 0000 0000 0001	00001	*******

UJ型指令

一、指令格式

offset(20 bit)	rd	opcode
offset[20] offset[10:1] offset[11] offset[19:12]	rd	110111

注意仅有jal指令属于UJ型指令，且UJ型跳转指令的立即数同样需要进行一位移位操作，以半字为单位进行指令寻址

二、示例

Example One:
jal x1, 20

opcode	rd	offset(20 bit)
110111	0 0001	0000 0000 0000 0001 0100(20)

常见指令释义

1. add(R-type)

add rd, rs1, rs2

reg[rd] = reg[rs1] + reg[rs2]
2. ld(I-type)

ld rd, offset(rs1)

reg[rd] = mem[reg[rs1] + offset]
从地址为寄存器rs1的值加offset的主存中读一个双字，注意算式 (rs1+offset) 的寻址单位是字节。其中offset = imm，imm是12位补码。
3. sd(S-type)

sd rs1, offset(rs2)

mem[reg[rs2] + offset] = reg[rs1]
把寄存器rs1的值存入地址为寄存器rs2的值加offset的主存中，其中offset = imm，imm是12位补码。
4. beq(SB-type)

beq rs1, rs2, offset

if (reg[rs1] == reg[rs2])
    PC = PC + offset*2;
else 
    PC = PC + 4;

注意offset是13位有符号数，用补码形式存储
5. jal(J-type)

jal rd offset

reg[rd] = PC + 4;
PC = PC + offset*2;

注意offset是20位有符号数，用补码形式存储
6. jalr(J-type)

jalr rd, rs1, offset

int temp = (reg[rs1] + offset) & ~1;
reg[rd] = PC + 4;
PC = temp;

寄存器 rs1 和符号扩展的立即偏移量之和将作为跳转指令的地址
而寄存器rd中将会保存当前PC地址加4（当前指令的下一条指令的地址）
其中offset是12位有符号数