RISC V手动混淆：指令格式VS立即格式

Question

我有一些关于 RISC V 手册的问题 它具有不同类型的指令编码，例如R-type，I-type。 就像 MIPS 编码一样。

* R-type

  31        25 24     20 19     15 14  12 11      7 6           0
 +------------+---------+---------+------+---------+-------------+
 | funct7     | rs2     | rs1     |funct3| rd      | opcode      |
 +------------+---------+---------+------+---------+-------------+

* I-type

  31                  20 19     15 14  12 11      7 6           0
 +----------------------+---------+------+---------+-------------+
 | imm                  | rs1     |funct3| rd      | opcode      |
 +----------------------+---------+------+---------+-------------+

* S-type

  31        25 24     20 19     15 14  12 11      7 6           0
 +------------+---------+---------+------+---------+-------------+
 | imm        | rs2     | rs1     |funct3| imm     | opcode      |
 +------------+---------+---------+------+---------+-------------+

* U-type

  31                                      11      7 6           0
 +---------------------------------------+---------+-------------+
 | imm                                   | rd      | opcode      |
 +---------------------------------------+---------+-------------+

但它也有一种叫做立即格式的东西： 比如I-立即数、S-立即数等

* I-immediate

  31                                        10        5 4     1  0
 +-----------------------------------------+-----------+-------+--+
 |                                  <-- 31 | 30:25     | 24:21 |20|
 +-----------------------------------------+-----------+-------+--+

* S-immediate

  31                                        10        5 4     1  0
 +-----------------------------------------+-----------+-------+--+
 |                                  <-- 31 | 30:25     | 11:8  |7 |
 +-----------------------------------------+-----------+-------+--+

* B-immediate

  31                                  12 11 10        5 4     1  0
 +--------------------------------------+--+-----------+-------+--+
 |                               <-- 31 |7 | 30:25     | 11:8  |z |
 +--------------------------------------+--+-----------+-------+--+

* U-immediate

  31 30               20 19           12 11                      0
 +--+-------------------+---------------+-------------------------+
 |31| 30:20             | 19:12         |                   <-- z |
 +--+-------------------+---------------+-------------------------+

* J-immediate

  31                  20 19           12 11 10        5 4     1  0
 +----------------------+---------------+--+-----------+-------+--+
 |               <-- 31 | 19:12         |20| 30:25     | 24:21 |z |
 +----------------------+---------------+--+-----------+-------+--+

根据手册，它说这些立即数是由 RISC-V 指令产生的，但它们是如何相关的？

立即格式化有什么意义？

Answer 1

第二组图表向您展示了如何将立即位连接并符号扩展为 32 位整数（因此它们可以作为普通 32 位 ALU 指令的源操作数，例如 addi 需要两者它们的输入大小相同）。

对于 I 型指令，这很简单，只需将指令字算术右移 20 位，因为只有一个立即字段，并且在指令字的顶部是连续的。

对于 S 型立即指令，指令字中有两个单独的字段：[31:25] 和 [11:7]，这表明它们是 那个 顺序，而不是 @987654326 @ 并且它们之间没有任何隐含的零。

B 型立即数指令显然将第 7 位放在 [30:25] 前面，而低位是隐式零。 （所以结果数总是偶数）。我假设 B 型用于分支。

U 型也很有趣，用尾随零填充 20 位立即数。它用于 lui 创建 32 位常量的高位（addi 提供其余部分）。 U-type 和 I-type 总共有 32 个立即数位，这并非巧合。

要访问静态数据，lui 可以创建地址的高位部分，而lw 可以直接提供低位部分，而不是使用 addi 在寄存器中创建完整地址。这对于像 MIPS 和 PowerPC 这样的 RISC ISA 来说也是典型的（参见示例 on the Godbolt compiler explorer）。但与大多数其他 RISC ISA 不同，RISC-V 具有auipc which adds the U-type immediate to the program counter，用于高效 PIC，而无需从 GOT（全局偏移表）加载地址。 （最近的 MIPS 修订版还添加了一个 add-to-PC 指令，但长期以来 MIPS 在 PIC 方面相当糟糕）。

lui 可以编码任何 4k 对齐的地址，即具有 4k 页的页起始地址。