1. R-Type整数寄存器-寄存器指令
上文RISC-V指令集讲解(3)I-Type 移位指令和U-type指令介绍完了整数寄存器-立即数指令,本文开始进行整数寄存器-寄存器指令的讲解。
RV32I定义了几种算术R-type运算。 所有操作都将rs1和rs2寄存器作为源操作数读取,并将结果写入寄存器rd,注意R-type指令没有立即数,只有寄存器rs1,rs2和rd。
funct7和funct3字段选择操作类型,如图1所示。
R-type一共有10条指令,opcode名称为OP,值为011_0011(所有的R-type指令的opcode都相同)。
图1 整数寄存器-寄存器指令机器编码格式 [1]
1.1. ADD
ADD指令与RISC-V指令集讲解(2)I-Type整数寄存器-立即数指令中提到的ADDI指令的操作原理类似,唯一区别是原本是12位立即数的位置,拆分为了7位的funct7和5位的rs2。
ADD指令格式为ADD rd,rs1,rs2。x[rd] = x[rs1] + x[rs2]
如图2所示,ADD指令的funct7为000_0000,funct3为000。该指令是将rs1 + rs2的结果写入rd中。注意:不是由机器码位置的bit 15-19和bit 20-24相加,而是索引号对应的寄存器的值相加。
与ADDI类似,溢出的部分忽略(溢出处理可以由软件实现,这里介绍如何处理),只将低XLEN位写入rd。
加法溢出的举例为,两个8位二进制有符号数相加,0100_0000(64) + 0111_0000(112) = 1011_0000(-80),结果明显是错误的。
指令示例:
ADD x14,x12,x13
将x12和x13寄存器中的数相加,并将结果放入x14寄存器中。
OP-IMM为011_0011
funct3为000
funct7为7’b000_0000
rs2为5’b0_1101
rs1为 5’b0_1100
rd为 5’b0_1110
所以ADD x14,x12,x13 对应的机器码为0000000_01101_01100_000_01110_0110011,对应的16进制为32’h00d6_0733
图2 ADD机器编码格式 [2]
1.2. SLT
同样,SLT与SLTI类似,SLT指令格式为SLT rd,rs1,rs2。x[rd] = x[rs1] < x[rs2]
如图3所示,SLT指令的funct7为000_0000,funct3为010。rs1和rs2当作有符号数进行比较, 如果rs1 < rs2, rd置1,否则置0。
指令示例:
SLT x14,x12,x13
将x12和x13寄存器中的数当作有符号数进行比较,如果x12寄存器中的数小于x13寄存器中的数,将x14寄存器中的数置为1,否则置为0。
图3 SLT机器编码格式 [2]
1.3. SLTU
SLTU的指令格式为SLTU rd,rs1,rs2。x[rd] = x[rs1] < x[rs2]
如图4所示,SLTU指令的funct7为000_0000,funct3为011。无符号比较rs1和rs2,如果rs1 < rs2,rd置1,否则置0。
注意,在SLTU rd,x0,rs2中如果rs2不等于0,则rd被置为1,否则,将rd置为0。对应的伪指令为SNEZ rd,rs2
指令示例:
SLTU x14,x12,x13
将x12和x13寄存器中的数当作无符号数进行比较,如果x12寄存器中的数小于x13寄存器中的数,将x14寄存器置为1,否则置为0。
图4 SLTU机器编码格式 [2]
1.4. AND
AND的指令格式为AND rd,rs1,rs2。x[rd] = x[rs1] & x[rs2]
如图5所示,AND指令指令的funct7为000_0000,funct3为111。该指令将rs1 & rs2的结果写入rd中,“&”表示rs1与rs2逐位相与。
指令示例:
AND x14,x12,x13
将x12和x13寄存器中的数按位与的结果写入x14寄存器。
图5 AND机器编码格式 [2]
1.5. OR
OR的指令格式为OR rd,rs1,rs2。x[rd] = x[rs1] | x[rs2]
如图6所示,OR指令的funct7为000_0000,funct3为110。该指令将rs1 | rs2的结果写入rd中,“|”表示rs1与rs2逐位相或。
指令示例:
OR x14,x12,x13
将x12和x13寄存器中的数按位或的结果写入x14寄存器。
图6 OR机器编码格式 [2]
1.6. XOR
XOR的指令格式为XOR rd,rs1,rs2。x[rd] = x[rs1] ^ x[rs2]
1.7. SLL
SLL(shift left logical,逻辑左移)的指令格式为SLL rd,rs1,rs2。x[rd] = x[rs1] ≪ x[rs2]
1.8. SRL
SRL(shift right logical,逻辑右移)的指令格式为SRL rd,rs1,rs2。x[rd] = x[rs1] ≫ x[rs2]
1.9. SRA
SRA(shift right arithmetic,算术右移)的指令格式为SRA rd,rs1,rs2。x[rd] = x[rs1] ≫ x[rs2]
1.10. SUB
SUB的指令格式为SUB rd,rs1,rs2。x[rd] = x[rs1] − x[rs2]
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