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：

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• 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

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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：

指令	示例	含义
add	add a0, a1, a2	a0 = a1 + a2
sub	sub a0, a1, a2	a0 = a1 - a2
sll	sll a0, a1, a2	a0 = a1 << a2 (低位补0)
srl	srl a0, a1, a2	a0 = a1 >> a2(高位补0)
sra	sra a0, a1, a2	a0 = a1 >> a2 (算术右移，高位补原来的符号位)
slt	slt a0, a1, a2	a1 < a2 ? 1 : 0
xor	xor a0, a1, a2	a0 = a1 ^ a2
or	or a0, a1, a2	a0 = a1
and	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：

指令	示例	含义
addi	add	a0, a1, 0x50
slli	slli a0, a1, 5	a0 = a1 << 5 (低位补0)
srli	srli a0, a1, 5	a0 = a1 >> 5 (高位补0)
srai	sra a0, a1, 5	a0 = a1 >> 5 (高位补原来的高位)
slti	slti a0, a1, 0x50	a1 < 0x50 ? 1 : 0
xori	xor a0, a1, 0x50	a0 = a1 ^ 0x50
ori	ori a0, a1, 0x50	a0 = a1
andi	andi a0, a1, 0x50	a0 = a1 & 0x50

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：

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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

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示例2

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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

审核编辑：汤梓红