龙芯软件开发(10)－－龙芯2E指令

每个CPU都有自己独特的指令，比如X86结构的CPU有INTEL的指令系统，MIPS的CPU也有自己的指令系统，当然龙芯CPU也不例外，有自己的指令系统。指令是控制CPU怎么样工作的接口，每条指令都会让CPU做出响应的。如果发送一条不是CPU的指令，就会导致CPU非法执行，并且会引起CPU异常。龙芯里，每条指令都是固定长度：32位，4个字节。因此，任何指令段的代码长度，一定要是4字节的倍数，绝对不要出现不是4的倍数，否则就让CPU不能运行了。

 

从龙芯的使用手册中可以看到，每条 CPU 指令都是一条 32 位的指令字，这些指令都是字对齐的。指令集包含三种指令格式，如图 2-1 所示，立即数指令（ I- 型），跳转指令（ J- 型）和寄存器指令（ J- 型）。使用简单几种指令格式可以简化指令译码，并且使得编译器根据这三种指令格式可以合成更多的复杂操作（使用频率较低）和访存模式。

 

 

op 6 位操作码

rs 5 位用于确定源操作寄存器的域

rt 5 位用于确定目标（源 / 目的）操作寄存器或跳转条件的域

immediate 16 位立即数

target 26 位跳转目标地址

rd 5 位用于确定目的操作寄存器的域

sa 5 位移位数

funct 6 位功能域

指令集可以更进一步分为以下几组：

• Load and Store 访存指令在主存和通用寄存器之间移动数据。访存指令都是立即数指令（ I- 型），因为该指令模式所支持的唯一访存模式就是基址寄存器加上 16 位的对齐的偏移量。

• Computational 计算型指令完成寄存器值的算术，逻辑，移位，乘法和除法操作。计算型指令包含了寄存器指令格式（ R- 型，操作数和运算结果均保存在寄存器中）和立即数指令格式（ I- 型，其中一个操作数为一个 16 位的立即数）。龙芯 2E 微处理器还实现了自定义的乘法，除法和模操作指令，其方法是使用一个通用的目的寄存器来取代成

对出现的 hi 和 lo 寄存器。

• Jump and Branch 跳转和分支指令改变程序的控制流。绝对地址跳转被称为 “jump （跳转） ” （ J- 型或者 R- 型）， PC （指令计数器）相关的跳转指令被称为 “branch （分支） ” （ I- 型）。跳转指令的返回地址保存在第 31 号寄存器中。

• Coprocessor 协处理器指令完成协处理器内部的操作。协处理器的访存操作是 I- 型指令。龙芯 2E 微处理器有两个协处理器： 0 号协处理器（系统处理器）和 1 号协处理器（浮点协处理器）。

0 号协处理器（ CP0 ）通过 CP0 的寄存器来管理内存和处理异常。这些指令列在表 3-9 中。

1 号协处理器（ CP1 ）指令包括浮点指令，多媒体指令，和龙芯扩展的定点计算指令。这些指令都是在浮点寄存器上操作。第八章将会对这些指令进行总结，附录将会对每条指令进行详细的描述。

• Special 特殊指令完成系统调用和断点操作。这些指令通常是 R- 型的。

• Exception 异常指令引起跳转，根据异常号比较结果跳转到通用异常处理向量。这些指令包括 R- 型和 I- 型指令格式。

表 2-1 到表 2-9 列出了除 1 号协处理器指令以外的所有指令。

表 2-1 CPU 指令集：访存指令

OpCode	Description	MIPS ISA
LB	取字节	I
LBU	取无符号字节	I
LH	取半字	I
LHU	取无符号半字	I
LW	取字	I
LWU	取无符号字	I
LWL	取字左部	I
LWR	取字右部	I
LD	取双字	III
LDL	取双字左部	III
LDR	取双字右部	III
LL	取标志处地址	I
LLD	取标志处双字地址	III
SB	存字节	I
SH	存半字	I
SW	存字	I
SWL	存字左部	I
SWR	存字右部	I
SD	存双字	III

 

 

SDL	存双字左部	III
SDR	存双字右部	III
SC	满足条件下存	I
SCD	满足条件下存双字	III
SYNC	同步	I

 

表 2-2 CPU 指令集：算术指令 (ALU 立即数 )

OpCode	Description	MIPS ISA
ADDI	加立即数	I
DADDI	加双字立即数	III
ADDIU	加无符号立即数	I
DADDIU	加无符号双字立即数	III
SLTI	d=((signed) s <(signed) j) ? 1:0 j 是立即数	I
SLTIU	d=((unsigned) s <(unsigned) j) ? 1:0 j 是立即数	I
ANDI	与立即数	I
ORI	或立即数	I
XORI	异或立即数	I
LUI	t=u<<16 u 是立即数	I

 

表 2-3 CPU 指令集：算术指令 (3 操作数 , R- 型 )

OpCode	Description	MIPS ISA
ADD	加	I
DADD	双字加	III
ADDU	无符号加	I
DADDU	无符号双字加	III
SUB	减	I
DSUB	双字减	III
SUBU	无符号减	I
DSUBU	无符号双字减	III
SLT	d=((signed) s <(signed) t) ? 1:0	I
SLTU	d=((unsigned) s <(unsigned) t) ? 1:0	I
AND	与	I
OR	或	I
XOR	异或	I
NOR	或非	I

 

 

表 2-4 CPU 指令集：乘法和除法指令

OpCode	Description	MIPS ISA
MULT	乘	I
DMULT	双字乘	III
MULTU	无符号乘	I
DMULTU	无符号双字乘	III
DIV	除	I
DDIV	双字除	III
DIVU	无符号除	I
DDIVU	无符号双字除	III
MFHI	移整数乘法单元结果到通用目的寄存器	I
MTHI	移通用目的寄存器到整数乘法单元结果	I
MFLO	移整数除法单元结果到通用目的寄存器	I
MTLO	移通用目的寄存器到整数除法单元结果	I
MULTG	龙芯 2E 乘	GODSON2
DMULTG	龙芯 2E 双字乘	GODSON2
MULTUG	龙芯 2E 无符号乘	GODSON2
DMULTUG	龙芯 2E 无符号双字乘	GODSON2
DIVG	龙芯 2E 除	GODSON2
DDIVG	龙芯 2E 双字除	GODSON2
DIVUG	龙芯 2E 无符号除	GODSON2
DDIVUG	龙芯 2E 无符号双字除	GODSON2
MODG	龙芯 2E 求模	GODSON2
DMODG	龙芯 2E 双字求模	GODSON2
MODUG	龙芯 2E 无符号求模	GODSON2
DMODUG	龙芯 2E 无符号双字求模	GODSON2

 

表 2-5 CPU 指令集：跳转和分支指令

Opcode	Description	MIPS ISA
J	跳转	I
JAL	立即数调用子程序	I
JR	跳转到寄存器指向的指令	I
JALR	寄存器调用子程序	I
BEQ	相等则跳转	I
BNE	不等则跳转	I
BLEZ	小于等于 0 跳转	I
BGTZ	大于 0 跳转	I
BLTZ	小于 0 跳转	I
BGEZ	大于或等于 0 跳转	I
BLTZAL	小于 0 调用子程序	I
BGEZAL	大于或等于 0 调用子程序	I

 

 

BEQL	相等则 Likely 跳转	II
BNEL	不等则 Likely 跳转	II
BLEZL	小于或等于 0 则 Likely 跳转	II
BGTZL	大于 0 则 Likely 跳转	II
BLTZL	小于 0 则 Likely 跳转	II
BGEZL	大于或等于 0 则 Likely 跳转	II
BLTZALL	小于 0 则 Likely 调用子程序	II
BGEZALL	大于或等于 0 则 Likely 调用子程序	II

 

表 2-6 CPU 指令集：移位指令

OpCode	Description	MIPS ISA
SLL	逻辑左移	I
SRL	逻辑右移	I
SRA	算术右移	I
SLLV	可变的逻辑左移	I
SRLV	可变的逻辑右移	I
SRAV	可变的算术右移	I
DSLL	双字逻辑左移	III
DSRL	双字逻辑右移	III
DSRA	双字算术右移	III
DSLLV	可变的双字逻辑左移	III
DSRLV	可变的双字逻辑右移	III
DSLL32	d=(long long) s << (shift+32) 0<=shift<31	III
DSRL32	d=(long long unsigned) s >> (shift%32) 0<=shift<31	III
DSRA32	d=(long long signed) s >> (shift%32+32) 0<=shift<31	III

 

表 2-7 CPU 指令集：特殊指令

OpCode	Description	MIPS ISA
SYSCALL	系统调用	I
BREAK	断点	I

 

表 2-8 CPU 指令集：异常指令

OpCode	Description	MIPS ISA
TGE	大于或等于陷入	II
TGEU	无符号数大于或等于陷入	II
TLT	小于陷入	II
TLTU	无符号数小于陷入	II
TEQ	等于陷入	II
TNE	不等陷入	II
TGEI	大于或等于立即数陷入	II
TGEIU	大于或等于无符号立即数陷入	II
TLTI	小于立即数陷入	II
TLTIU	小于无符号立即数陷入	II
TEQI	等于立即数陷入	II
TNEI	不等于立即数陷入	II

 

表 2-9 CPU 指令集： CP0 指令

OpCode	Description	MIPS ISA
DMFC0	从 CP0 寄存器取双字	III
DMTC0	往 CP0 寄存器写双字	III
MFC0	从 CP0 寄存器取	I
MTC0	往 CP0 寄存器写	I
TLBR	读 TLB 索引项	III
TLBWI	写 TLB 索引项	III
TLBWR	写 Random 寄存器的 TLB 项	III
TLBP	在 TLB 中搜索虚拟页号	III
CACHE	Cache 操作	III
ERET	异常返回	III