RISC-V用户级指令集体系结构2.1版解析

"RISC-V指令集手册卷1：用户级指令集体系结构（User-LevelISA）2.1版" RISC-V是一种开放源代码的指令集架构（ISA），旨在提供简洁、高效的设计，同时允许未来扩展。这篇文档是关于RISC-V用户级ISA的详细描述，涵盖了从1.0版到2.0版的重要更新和改进。 在2.1版中，RISC-V的用户级ISA保持了核心的稳定性，尤其是基础用户级ISA和2.0版的通用扩展IMAFDQ没有发生变化。其中，IMA代表Integer（整数）、Load-Store（加载-存储）、Atomic（原子）、Floating-point（浮点）、Double-precision（双精度），FDQ则表示Floating-point（浮点）、Density（密度）、Quad（四倍精度）。 在2.0版中，RISC-V ISA经历了一系列的改进： 1. **ISA的划分**：将ISA拆分为一个整数基本内核和多个标准扩展，以更好地管理和扩展。 2. **指令格式优化**：优化了指令格式，使立即数编码更有效率，有助于提高代码密度和执行效率。 3. **内存模型**：基本的ISA现在定义为小端存储系统，大端和双端作为非标准变种。LR/SC（Load-Reserved/Store-Conditional）指令被添加到原子指令集中，用于实现更高级别的并发操作。 4. **AMO和LR/SC**：这两类指令支持释放一致性模型，增强了并发控制。 5. **FENCE指令**：提供了细粒度的内存和I/O序列化，确保了数据一致性。 6. **AMO指令**：加入了fetch-and-XOR操作（AMOXOR），并修改了AMOSWAP的编码，为未来的扩展预留了空间。 7. **AUIPC和JAL指令**：AUIPC（Add Upper Immediate to PC）指令现在可以添加20位立即数到程序计数器，替代了RDNPC，简化了位置无关代码的编写。JAL（Jump And Link）指令移到U类型格式，具有显式的目标寄存器，J指令由 rd=x0 的JAL指令取代，减少了ISA的复杂性。 8. **JALR指令**：移除了静态提示，简化了调用约定。 自上一版本以来，文档还进行了一些补充和澄清，包括： - **注释的增加和改进**：提供了更丰富的解释和说明。 - **章节独立版本号**：每个章节都有自己的版本号，便于追踪更新。 - **长指令编码的修改**：避免了在非常长的指令格式中rd字段的移动。 - **CSR（Control and Status Registers）指令**：现在使用基本整数格式描述，并引入了计数器寄存器。 - **SCALL和SBREAK指令**：重命名为ECALL和EBREAK，但编码和功能未变。 - **浮点NaN处理**：明确了浮点NaN的处理方式和新的规定NaN值。 - **浮点到整数转换溢出**：清晰说明了溢出时的返回值。 - **LR/SC指令**：明确了成功和失败的条件，包括在压缩指令序列中的使用。 - **RV32E提案**：提出了一种新的RV32E基本ISA，减少整数寄存器的数量。 - **调用约定修订**：对函数调用和返回的约定进行了调整。 - **软浮点调用约定**：放宽了栈对齐要求，描述了RV32E调用约定。 - **C压缩扩展提案**：提出了修订后的C压缩扩展版本1.9。 这些变更和改进确保了RISC-V的用户级ISA不仅保持了其简洁性和高效性，而且增加了灵活性和扩展性，以适应各种应用场景和未来的技术发展。