RV32C指令集


      Risc-V支持16位壓縮格式,壓縮格式立即數位數更少,能使用的寄存器也比較少,有些指令只能用常用8個整數寄存器(x8-x15)或者(f8-f15)。16 位指令只對匯編器和鏈接器可見,並且是否以短指令取代對應的寬指令由它們決定。編譯器編寫者和匯編語言程序員可以幸福地忽略 RV32C 指令及其格式,他們能感知到的則是最后的程序大小小於大多數其它 ISA 的程序。

      為了能在一系列的程序上得到良好的代碼壓縮效果, RISC-V 架構師精心挑選了 RVC擴展中的指令。同時,基於以下的三點觀察,架構師們成功地將指令壓縮到了 16 位。第一,對十個常用寄存器(a0-a5, s0-s1, sp 以及 ra)訪問的頻率遠超過其他寄存器;第二,許多指令的寫入目標是它的源操作數之一;第三,立即數往往很小,而且有些指令比較喜歡某些特定的立即數。因此,許多 RV32C 指令只能訪問那些常用寄存器;一些指令隱式寫入源操作數的位置;幾乎所有的立即數都被縮短了, load 和 store 操作只使用操作數整數倍尺寸的無符號數偏移量。

      下圖為RVC指令格式:


image

其中rs1’,rs2’, rd’如下圖所示,只能用x8-x15,f8-f15這些寄存器。但有些指令可以使用所有通用寄存器作為操作數。

image




每個RVC指令都有對應的32位指令,下面列出所有的RV32C指令。

c.addispn

c.addi4spn rd’, uimm      //x[8+rd’] = x[2] + uimm
加 4 倍立即數到棧指針 (Add Immediate, Scaled by 4, to Stack Pointer, Nondestructive). RV32IC and RV64IC.
擴展形式為 addi rd, x2, uimm, 其中 rd=8+rd’. uimm=0 時非法。

          imm          
    func3 5 4 9 8 7 6 2 3 rd' opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.addi4spn CIW 0 0 0                       0 0

示例:

to do


c.fld

c.fld rd’, uimm(rs1’)    //f[8+rd’] = M[x[8+rs1’] + uimm][63:0]
浮點雙字加載 (Floating-point Load Doubleword). RV32DC and RV64DC.
擴展形式為 fld rd, uimm(rs1), 其中 rd=8+rd’, rs1=8+rs1’

          imm       imm          
    func3 5 4 3 rs1' 7 6 rd' opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.fld CL 0 0 1                       0 0

示例:

to do


c.fsd

c.fsd rs2’, uimm(rs1’)     //M[x[8+rs1’] + uimm][63:0] = f[8+rs2’]
浮點雙字存儲 (Floating-point Store Doubleword). RV32DC and RV64DC.
擴展形式為 fsd rs2, uimm(rs1), 其中 rs2=8+rs2’, rs1=8+rs1’


          imm       imm          
    func3 5 4 3 rs1' 7 6 rd' opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.fsd CL 1 0 1                       0 0

示例:

to do


c.lw

c.lw rd’, uimm(rs1’)     //x[8+rd’] = sext(M[x[8+rs1’] + uimm][31:0])
字加載 (Load Word). RV32IC and RV64IC.
擴展形式為 lw rd, uimm(rs1), 其中 rd=8+rd’, rs1=8+rs1’.

          imm       imm          
    func3 5 4 3 rs1' 2 6 rd' opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.lw CL 0 1 0                       0 0



示例:

to do


c.addi

c.addi rd, imm    //x[rd] = x[rd] + sext(imm)
加立即數 (Add Immediate). RV32IC and RV64IC.
擴展形式為 addi rd, rd, imm.


          imm           imm    
    func3 5 rd 4 3 2 1 0 opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.addi CI 0 0 0                       0 1


示例:

to do


c.jal

c.jal offset    //x[1] = pc+2; pc += sext(offset)
鏈接跳轉 (Jump and Link). RV32IC.
擴展形式為 jal x1, offset.

          imm    
    func3 11 4 9 8 10 6 7 3 2 1 5 opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.jal CJ 0 0 1                       0 1




示例:

to do


c.li

c.li rd, imm   //x[rd] = sext(imm)
立即數加載 (Load Immediate). RV32IC and RV64IC.
擴展形式為 addi rd, x0, imm.

          imm           imm    
    func3 5 rd 4 3 2 1 0 opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.li CI 0 1 0                       0 1


示例:

to do


c.lui

c.lui rd, imm  //x[rd] = sext(imm[17:12] << 12)
高位立即數加載 (Load Upper Immediate). RV32IC and RV64IC.
擴展形式為 lui rd, imm. 當 rd=x2 或 imm=0 時非法。

          imm           imm    
    func3 17 rd 16 15 14 13 12 opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.lui CI 0 1 1                       0 1



示例:

to do


c.srli

c.srli rd’, uimm   //x[8+rd’] = x[8+rd’] >>u uimm
立即數邏輯右移 (Shift Right Logical Immediate). RV32IC and RV64IC.
擴展形式為 srli rd, rd, uimm, 其中 rd=8+rd’


          imm           imm    
    func3 5     rd' 4 3 2 1 0 opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.srli CA 1 0 0   0 0                 0 1


示例:

to do


c.srai

c.srai rd’, uimm    //x[8+rd’] = x[8+rd’] >>s uimm
立即數算術右移 (Shift Right Arithmetic Immediate). RV32IC and RV64IC.
擴展形式為 srai rd, rd, uimm, 其中 rd=8+rd’.


          imm           imm    
    func3 5     rd' 4 3 2 1 0 opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.srai CA 1 0 0   0 1                 0 1


示例:

to do


c.andi

c.andi rd’, imm    //x[8+rd’] = x[8+rd’] & sext(imm)
與立即數 (AND Immediate). RV32IC and RV64IC.
擴展形式為 andi rd, rd, imm, 其中 rd=8+rd’.



          imm           imm    
    func3 5     rd' 4 3 2 1 0 opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.andi CA 1 0 0   1 0                 0 1


示例:

to do


c.sub

c.sub rd’, rs2’    //x[8+rd’] = x[8+rd’] - x[8+rs2’]
減 (Subtract). RV32IC and RV64IC.
擴展形式為 sub rd, rd, rs2. 其中 rd=8+rd’, rs2=8+rs2’.



                           
      rd'     rs2' opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.sub CA 1 0 0 0 1 1       0 0       0 1


示例:

to do


c.xor

c.xor rd’, rs2’     //x[8+rd’] = x[8+rd’] ^ x[8+rs2’]
異或 (Exclusive-OR). RV32IC and RV64IC.
擴展形式為 xor rd, rd, rs2, 其中 rd=8+rd’, rs2=8+rs2’.



                           
      rd'     rs2' opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.xor CA 1 0 0 0 1 1       0 1       0 1


示例:

to do


c.or

c.or rd’, rs2’    //x[8+rd’] = x[8+rd’] | x[8+rs2’]
或 (OR). RV32IC and RV64IC.
擴展形式為 or rd, rd, rs2, 其中 rd=8+rd’, rs2=8+rs2’.



                           
      rd'     rs2' opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.or CA 1 0 0 0 1 1       1 0       0 1


示例:

to do


c.and

c.and rd’, rs2’    //x[8+rd’] = x[8+rd’] & x[8+rs2’]
與 (AND). RV32IC and RV64IC.
擴展形式為 and rd, rd, rs2, 其中 rd=8+rd’, rs2=8+rs2’



                           
      rd'     rs2' opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.and CA 1 0 0 0 1 1       1 1       0 1


示例:

to do


c.subw

c.subw rd’, rs2’    //x[8+rd’] = sext((x[8+rd’] - x[8+rs2’])[31:0])
減字 (Subtract Word). RV64IC.
擴展形式為 subw rd, rd, rs2. 其中 rd=8+rd’, rs2=8+rs2’. .


                           
      rd'     rs2' opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.subw CA 1 0 0 1 1 1       0 0       0 1



示例:

to do



c.addw

c.addw rd’, rs2’    //x[8+rd’] = sext((x[8+rd’] + x[8+rs2’])[31:0])
加字 (Add Word). RV64IC.
擴展形式為 addw rd, rd, rs2, 其中 rd=8+rd’, rs2=8+rs2’.


      rd'     rs2' opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.addw CA 1 0 0 1 1 1       0 1       0 1


示例:

to do


c.j

c.j offset     //pc += sext(offset)
跳轉 (Jump). RV32IC and RV64IC.
擴展形式為 jal x0, offset.



          imm    
    func3 11 4 9 8 10 6 7 3 2 1 5 opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.j CJ 1 0 1                       0 1


示例:

to do



c.bnez

c.bnez rs1’, offset   //if (x[8+rs1’] ≠ 0) pc += sext(offset)
不等於零時分支 (Branch if Not Equal to Zero). RV32IC and RV64IC.
擴展形式為 bne rs1, x0, offset, 其中 rs1=8+rs1’.



          imm       imm    
    func3 8 4 3 rs1' 7 6 2 1 5 opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.bnez CI 1 1 1                       0 1


示例:

to do


c.beqz

c.beqz rs1’, offset   //if (x[8+rs1’] == 0) pc += sext(offset)
等於零時分支 (Branch if Equal to Zero). RV32IC and RV64IC.
擴展形式為 beq rs1, x0, offset, 其中 rs1=8+rs1’.



          imm       imm    
    func3 8 4 3 rs1' 7 6 2 1 5 opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.beqz CI 1 1 0                       0 1


示例:

to do



c.slli

c.slli rd, uimm   //x[rd] = x[rd] << uimm
立即數邏輯左移 (Shift Left Logical Immediate). RV32IC and RV64IC.
擴展形式為 slli rd, rd, uimm.


          imm           imm    
    func3 5 rd 4 3 2 1 0 opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.slli CI 0 0 0                       1 0



示例:

to do


c.fldsp

c.fldsp rd, uimm(x2)   //f[rd] = M[x[2] + uimm][63:0]
棧指針相關浮點雙字加載 (Floating-point Load Doubleword, Stack-Pointer Relative). RV32DC
and RV64DC.
擴展形式為 fld rd, uimm(x2).

          imm           imm    
    func3 5 rd 4 3 8 7 6 opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.fldsp CI 0 0 1                       1 0




示例:

to do


c.lwsp

c.lwsp rd, uimm(x2)     //x[rd] = sext(M[x[2] + uimm][31:0])
棧指針相關字加載 (Load Word, Stack-Pointer Relative). RV32IC and RV64IC.
擴展形式為 lw rd, uimm(x2). rd=x0 時非法。


          imm           imm    
    func3 5 rd 4 3 2 7 6 opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.lwsp CI 0 1 0                       1 0



示例:

to do


c.flwsp

c.flwsp rd, uimm(x2)   //f[rd] = M[x[2] + uimm][31:0]
棧指針相關浮點字加載 (Floating-point Load Word, Stack-Pointer Relative). RV32FC.
擴展形式為 flw rd, uimm(x2).



          imm           imm    
    func3 5 rd 4 3 2 7 6 opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.flwsp CI 0 1 1                       1 0


示例:

to do


c.mv

c.mv rd, rs2    //x[rd] = x[rs2]
移動 (Move). RV32IC and RV64IC.
擴展形式為 add rd, x0, rs2. rs2=x0 時非法

                           
            rd rs2 opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.mv CA 1 0 0 0                     1 0




示例:

to do


c.fsdsp

c.fsdsp rs2, uimm(x2)     //M[x[2] + uimm][63:0] = f[rs2]
棧指針相關浮點雙字存儲 (Floating-point Store Doubleword, Stack-Pointer Relative). RV32DC and RV64DC.
擴展形式為 fsd rs2, uimm(x2).

          imm        
          5 4 3 8 7 6 rs2 opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.fsdsp CSS 1 0 1                       1 0




示例:

to do


c.fswsp

c.fswsp rs2, uimm(x2)    //M[x[2] + uimm][31:0] = f[rs2]
棧指針相關浮點字存儲 (Floating-point Store Word, Stack-Pointer Relative). RV32FC.
擴展形式為 fsw rs2, uimm(x2)

          imm        
          5 4 3 2 7 6 rs2 opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.fswsp CSS 1 1 1                       1 0




示例:

to do


c.nop

空操作,只增加PC值。對應 addi x0,x0,0


          imm           imm    
    func3 5 rd 4 3 2 1 0 opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.nop CI 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1



示例:

to do


c.ebreak

c.ebreak RaiseException(Breakpoint)
環境斷點 (Environment Breakpoint). RV32IC and RV64IC.
擴展形式為 ebreak.

          imm           imm    
    func3 5 rd 4 3 2 1 0 opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.nop CI 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0




示例:

to do


c.addi16sp

c.addi16sp imm    //x[2] = x[2] + sext(imm)
加 16 倍立即數到棧指針 (Add Immediate, Scaled by 16, to Stack Pointer). RV32IC and RV64IC.
擴展形式為 addi x2, x2, imm. imm=0 時非法。

         
         
   
    func3 9           4 6 8 7 5 opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.addi16spn CIW 0 1 1   0 0 0 1 0           0 1




示例:

to do


c.jr

c.jr rs1  //pc = x[rs1]
寄存器跳轉 (Jump Register). RV32IC and RV64IC.
擴展形式為 jalr x0, 0(rs1). 當 rs1=x0 時非法。

                           
    func3 9 rs1           opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.jr CI 1 0 0 0           0 0 0 0 0 1 0






示例:

to do


c.jalr


c.jalr rs1 t = pc+2; pc = x[rs1]; x[1] = t
寄存器鏈接跳轉 (Jump and Link Register). RV32IC and RV64IC.
擴展形式為 jalr x1, 0(rs1). 當 rs1=x0 時非法

                           
    func3 9 rs1           opcode
name type 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
c.jalr CI 1 0 0 1           0 0 0 0 0 1 0



示例:

to do


xxxxx




示例:

to do


xxxxx




示例:

to do




























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