RISC-V指令集手册:用户级整数寄存器与程序员模型
"RISC-V指令集手册,卷1:用户级指令集体系结构(User-Level ISA),2.1版,由Andrew Waterman, Yunsup Lee, David Patterson, Krste Asanović等人编著,是加州大学伯克利分校的CSDivision和EECSDepartment的技术报告。该手册涵盖了RISC-V架构的基本整数子集,程序员模型,以及一些重要的更新和改进。" 在RISC-V架构中,程序员模型的核心是其基本整数子集。这一子集包括了31个通用寄存器x1至x31,用于存储整数数据,其中x0被硬连线为常数0。在RV32实现中,这些寄存器是32位宽的,而在RV64实现中,它们是64位宽的。寄存器的宽度由XLEN表示,可以是32或64位。此外,程序计数器pc是一个额外的用户可见寄存器,它保存当前执行指令的地址。 在设计RISC-V架构时,选择合适的寄存器数量是一个关键因素,因为它直接影响代码大小、性能和能效。尽管有人认为16个寄存器可能足以满足编译代码的需求,但在16位指令格式中,编码16个寄存器并实现完整的ISA是具有挑战性的,因为操作码的空间会受到限制。因此,RISC-V选择了更多的寄存器以提供更灵活的编程环境。 手册的2.1版进行了多项更新和改进,如增强了注释,每个章节都有独立的版本号,改进了长指令编码,特别是对于大于64位的情况。此外,还引入了计数器寄存器,并且CSR(控制和状态寄存器)指令现在使用基本整数格式描述。SCALL和SBREAK指令被重命名为ECALL和EBREAK,但其功能保持不变。浮点处理和转换规则也得到了澄清,特别是在处理NaN和溢出时的行为。 在内存一致性方面,LR/SC(Load-Linked/Store-Conditional)指令的成功条件和失败需求被进一步明确,包括在压缩指令序列中的使用。同时,提出了一个名为RV32E的新基本ISA提案,它减少了整数寄存器的数量,以适应更小的设备。调用约定也得到了修订,软浮点调用约定的栈对齐要求有所放宽,并详细描述了针对RV32E的调用约定。 此外,C压缩扩展提案也得到了修订,现在是版本1.9,以提高代码密度和效率。RISC-V架构的目标是在未来的版本中保持基本的用户ISA和通用扩展(如IMAFD)的稳定性,以确保软件的兼容性和长期发展。
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