RISC-V指令集架构简介

模块化的指令子集

• RISC-V的指令集使用模块化的方式进行组织，每一个模块使用一个英文字母标识。RISC-V最基本也是唯一强制要求实现的指令集部分是由I字母表示的基本整数指令子集。使用该整数指令子集，便能够实现完整的软件编译器。其他的指令子集部分均为可选的模块，包括M/A/F/D/C。
• 特定组合“IMAFD”，称为通用组合，G表示
• 提高代码密度，可选的压缩指令子集，C表示，编码长度为16bit，普通的非压缩指令的长度为32bit.
• 进一步减少面积，提供嵌入式架构，E表示，主要用于追求极低面积与功耗的深嵌入式场景。该架构仅需要支持16个通用整数寄存器，而非嵌入式的普通架构则需要支持32个通用整数寄存器。 可配置的通用寄存器组

支持32位或64位的架构

• 32位架构由RV32表示，每个通用寄存器的宽度为32比特
• 64位架构由RV64表示，每个通用寄存器的宽度为64比特
• RISC-V架构的整数通用寄存器组，包含32个（I架构）或者16个（E架构）通用整数寄存器，其中证书寄存器0被预留为常数0，其他的31个（I架构）或者15个（E架构）为普通的通用整数寄存器。 如果使用浮点模块（F或D），则需要另外一个独立的浮点寄存器组，包含32个通用浮点寄存器。如果仅使用F模块的浮点指令子集，则每个通用浮点寄存器的宽度为32比特，如果使用了D模块的浮点指令子集，则* 每个通用浮点寄存器的宽度为64比特。
• 规整的指令编码

简洁的存储器访问指令

• 使用读指令Load和写指令Store指令访问存储器，其他指令无法访问
• 存储器访问的基本单位是字节。
• 读和写指令支持一个字节（8位）、半字（16位）、单字（32位）为单位的存储器读写操作
• 64位架构还可支持双字（64位）为单位的存储器读写操作
• 地址对齐
• 小端格式
• 不支持地址自增自减模式
• 松散存储器模型
• 高效的分支跳转指令

简洁的子程序调用

• 保存现场
• 恢复现场
• 不使用无条件码执行
• 无分支延迟槽
• 不使用零开销硬件循环

简洁的运算指令

• 最基本的整数指令子集（I）支持的运算包括加法、减法、移位、按位逻辑操作和比较操作
• 整数乘除法指令子集（M）支持的运算包括有符号或者无符号的乘法和除法操作
• 单精度浮点指令子集（F）与双精度浮点指令子集（D）支持的运算包括浮点加减法、乘除法、乘累加、开平方根和比较等操作，同时提供整数与浮点、单精度与双精度浮点之间的格式转换操作。
• 任何运算指令错误均不产生异常，而是产生某个特殊的默认值，同时设置某些状态寄存器的状态位。
• 优雅的压缩指令子集

特权模式

• RISC-V定义了3种工作模式——特权模式
• 机器模式 M mode（必选）
• 监督模式 S mode
• 用户模式 U mode

CSR寄存器

• 定义了一些控制和状态寄存器（Control and Status Register，CSR），用于配置或记录一些运行状态。是处理器核内部的寄存器，使用自己的地址编码空间，和存储器寻址的地址区间完全无关。
• 专用CSR指令
• 中断和异常
• 矢量指令子集
• 自定制指令扩展