计组学习07——RISC-V Instruction Formats

计组学习 —— RISC-V Instruction Formats

存储式程序的概念

指令也同样作为数据，存储在内存里，只是对二进制的解释方式不同。

RISC-V的指令都是，一条指令占4字节，32位

• 把32位的指令划分为区间
• 之后定义六种指令格式
  • R-Format
  • I-Format
  • S-Format
  • U-Format
  • SB-Format
  • UJ-Format

我们希望把32位分成一切区间，并且我们希望这些区间处于固定位置，

比如我们想要目标寄存器总是在某些bit里，这会让硬件工作容易很多，因为如果是这样，硬件就可以以相同的方式来解释不同的指令

注意，jal是UJ格式，UJ格式也只有jal，jalr是I格式的

R格式

• opcode(7): 特定的操作码，用于区分这是哪类指令
  • 比如，R类型是： 0b011011
  • SB类型是： 0b1100011
• funct7 + funct3 两个字段组合到一起用来表明我们要执行的操作，比操作码更为详细

所以我们最后可能组合成2¹⁰种R操作码！

• rs1，rs2：寄存器1，寄存器2
• rd：储存结果的寄存器

为什么我们rs，rd都要用5位表示呢？

——因为我们有32个寄存器！5个二进制数刚好表示0-31！

如果我们想做其他R操作，我们只需要改变funct7和funct3的位置的数就可以了

I格式

• 可以发现，只有imm的部分组成是与R格式不同的，我们把rs2和funct7的部分换成了12位的imm

• 可以发现imm只有12位，但是我们往往进行符号拓展

  

为什么移位的指令只需要5位的shamt呢？

因为我们的位只有32位，5位可以表示0-31，什么东西移动超过32位就没有意义了，本来就只有32位。

Jalr

• jalr rd,rs1,offset
• 会把PC+4写入到rd中(return address)
• 把pc设置为 rs1+offset
• 和逻辑运算或者加载数据使用同样格式的immediate
  • 没有二字节的乘法

如果想要jalr跳转到一个绝对的32位数，我们可以这样做：

lui x1,<high 20 bits>

jalr ra,x1,<low 12 bits>

Load Instructions are alse I-TYPE

这是两种的对比：

所有的Load Instruction列表：

• 这里没有LWU，原因在之前已经说过了

S格式

S型存储除了rs1，rs2以外，也需要immediate的偏移量！

但是我们在刚刚的学习中认识到，不可能同时存在rs2和immediate呀！要不然根本放不到一个位置

该怎么解决呢.....?

我们发现，我们不需要把结果输出到寄存器里，所以我们不需要rd！

SB-Format

• 和之前的相同，但是这里涉及到偏移值的计算，一行指令占4个字节

  

  

• 如果改变了代码！那么有可能我们需要重新计算分支跳转的偏移量

• 如果下一条指令距离太远了怎么办？

  • 可以连续跳转两次，跳转到一个跳转语句

U格式

• 我们该怎么处理一个32位的immediate呢？

  • 我们的 I 指令只能处理12位的立即数

• 所以！我们需要另一种格式来处理剩下的20位

  

• 只有LUI 和 AUIPC可以使用这样的imm！

lui是把一个20位的数左移12位，那么如何得到一个大数字呢？例如0xDEADBEEF

lui x10, 0xDEADC

addi x10, x10, 0xEEF

只要这样组合起来，先移动！后面12位交给addi就可以了！

AUIPC (add upper immediate value to PC)

基本这是我们唯一能获取到关于PC的指令了！