RISC-V匯編學習（三）—— RV指令集

有了前兩節對于RISC-V匯編、寄存器、匯編語法等的認識，本節開始介紹RISC-V指令集和偽指令。

前面說了RISC-V的模塊化特點，是以RV32I為作為ISA的核心模塊，其他都是要基于此為基礎，可以這樣認為：RISC-V ISA = 基本整數指令集+多個可選擴展指令集；另外RISC-V的ISA spec上是從指令類型和指令格式開始介紹指令的；但從一個嵌入式軟件開發人員的角度來說，不是特別適合學習和記憶，所以我這里簡單羅列下，不多講解，感興趣可以參考spec。

1 指令類型

1.1 組成格式

在這里插入圖片描述
所有RISC-V指令都是固定長度的32位，這有助于簡化指令解碼過程。每個指令都由以下幾個關鍵部分組成：

  • opcode：這是7位的操作碼，用來標識指令的基本類型。
  • funct3：這是一個3位的功能碼，與opcode一起使用以進一步細化指令的類別。
  • funct7：某些指令使用額外的7位功能碼來更精確地定義指令的行為。
  • rs1/rs2/rd：這些是5位的寄存器地址，分別代表源寄存器1、源寄存器2和目的寄存器。
  • imm：立即數字段，其大小和位置根據指令類型的不同而變化。

1.2 類型

RISC-V定義了幾種基本的指令格式，每一種都針對特定類型的運算或操作。這些格式包括：R型、I型、S型、B型、U型、J型。

  • R型（Register）
    用于寄存器間的算術/邏輯運算（如ADD x1, x2, x3）
    字段：opcode確定操作類型，funct3和funct7進一步指定具體操作（如區分ADD與SUB）

  • I型（Immediate）
    用于立即數操作（如ADDI x1, x2, 42）或加載指令（如LW x1, 100(x2)）
    立即數：12位符號擴展，直接嵌入指令中

  • S型（Store）
    存儲數據到內存（如SW x3, 200(x4)）
    立即數：12位拆分為imm[11:5]和imm[4:0]，組合后作為偏移地址。

  • B型（Branch）
    條件分支（如BEQ x1, x2, label）
    立即數：13位（符號擴展后左移1位），拆分為imm[12|10:5|4:1|11]，支持更大跳轉范圍

  • U型（Upper Immediate）
    加載高20位立即數（如LUI x1, 0x12345）或構造地址（如AUIPC）
    立即數：20位直接嵌入高位，低12位由后續指令補充

  • J型（Jump）
    長距離無條件跳轉（如JAL x1, label）
    立即數：20位符號擴展后左移1位，支持±1MB跳轉范圍

但在實際應用中，我們也很難記住這么匯編指令機器碼，一般情況下也不會有錯，具體可以參考spec。

2 指令命名

下圖是RV32I基礎指令集的??圖形表示，將有下劃線的字?從左到右連接起來，即可組成完整的RV32I指令集。集合標志{}內列舉了指令的所有變體，變體?加下劃線的字?或下劃線字符_表示，特別的，下劃線字符_表示對于此指令變體不需?字符表示
在這里插入圖片描述

以slt指令為例，如下示意圖：大括號{ }內列舉了每組指令的所有變體，這些變體通過帶下滑線的字母（單獨的下劃線_表示空字段），從左到右連接帶下滑線的字母即可組成完整的指令集，比如slt意思是set less than，相當于是一種縮寫，完整語句方便我們快速清晰的理解指令的作用。
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上圖可以表示：slt、slti、sltu、sltiu 這4條RVI指令。

下面將列舉以下RISC-V指令集：

  • RVI(包括RV32I與RV64I)
  • RVM(包括RV32M與RV64M)
  • RVFD(包括RV32FD與RV64FD)
  • RVA(包括RV32A與RV64A)

3 RVI指令集

RVI是 RISC-V 指令集架構的基礎部分，它定義了32位整數運算的核心指令集。RVI 包括 RV32I（32位整數指令集）和 RV64I（64位整數指令集），它們為處理器提供了執行基本計算任務的能力；包括：內存操作指令、邏輯指令、分支和跳轉指令、算術指令等等，下面就一一列舉。

3.1 內存操作指令

在RISC-V中，內存操作主要通過加載（Load）和存儲（Store）兩類指令來實現。這些指令允許程序從內存讀取數據到寄存器（Load），或將寄存器中的數據寫入內存（Store）
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指令格式功能描述操作（偽代碼）指令集
LBlb rd, offset(rs1)加載字節（符號擴展）rd = SignExt(Mem[rs1 + offset][7:0])RV32I / RV64I
LBUlbu rd, offset(rs1)加載字節（無符號擴展）rd = ZeroExt(Mem[rs1 + offset][7:0])RV32I / RV64I
LHlh rd, offset(rs1)加載半字（符號擴展）rd = SignExt(Mem[rs1 + offset][15:0])RV32I / RV64I
LHUlhu rd, offset(rs1)加載半字（無符號擴展）rd = ZeroExt(Mem[rs1 + offset][15:0])RV32I / RV64I
LWlw rd, offset(rs1)加載字（RV32I：32位；RV64I：符號擴展至64位）RV32I: rd = Mem[rs1 + offset][31:0]
RV64I: rd = SignExt(Mem[rs1 + offset][31:0])		RV32I / RV64I
LWUlwu rd, offset(rs1)加載字（無符號擴展至64位）rd = ZeroExt(Mem[rs1 + offset][31:0])RV64I
LDld rd, offset(rs1)加載雙字（64位）rd = Mem[rs1 + offset][63:0]RV64I
SBsb rs2, offset(rs1)存儲字節Mem[rs1 + offset] = rs2[7:0]RV32I / RV64I
SHsh rs2, offset(rs1)存儲半字Mem[rs1 + offset] = rs2[15:0]RV32I / RV64I
SWsw rs2, offset(rs1)存儲字Mem[rs1 + offset] = rs2[31:0]RV32I / RV64I
SDsd rs2, offset(rs1)存儲雙字Mem[rs1 + offset] = rs2[63:0]RV64I

3.2 算術指令

算術指令狹義定義：僅包含加法、減法及其直接相關的操作，用于寄存器或寄存器與立即數之間的數值運算。
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指令格式功能描述操作（偽代碼）指令集
基礎加減指令
ADDadd rd, rs1, rs2加法（忽略溢出）rd = rs1 + rs2RV32I / RV64I
SUBsub rd, rs1, rs2減法（忽略溢出）rd = rs1 - rs2RV32I / RV64I
ADDIaddi rd, rs1, imm立即數加法（符號擴展立即數）rd = rs1 + SignExt(imm)RV32I / RV64I
RV64I 擴展加減指令
ADDIWaddiw rd, rs1, imm立即數加法（32位，符號擴展至64位）rd = SignExt((rs1 + SignExt(imm))[31:0])RV64I
ADDWaddw rd, rs1, rs2加法（32位，符號擴展至64位）rd = SignExt((rs1 + rs2)[31:0])RV64I
SUBWsubw rd, rs1, rs2減法（32位，符號擴展至64位）rd = SignExt((rs1 - rs2)[31:0])RV64I
高位立即數構建指令
LUIlui rd, imm加載高位立即數（imm[31:12]）rd = imm << 12RV32I / RV64I
AUIPCauipc rd, imm將高位立即數與 PC 相加rd = PC + (imm << 12)RV32I / RV64I

偽指令表格：

偽指令格式功能描述實際轉換（基礎指令）適用指令集
寄存器操作
MVmv rd, rs寄存器間移動值addi rd, rs, 0RV32I / RV64I
NEGneg rd, rs取負值（rd = -rs）sub rd, x0, rsRV32I / RV64I
NEGWnegw rd, rs取負值（32位操作，符號擴展）subw rd, x0, rsRV64I
立即數操作
LIli rd, imm加載任意立即數到寄存器若 imm 在 12 位有符號范圍內：addi rd, x0, imm
否則：lui rd, imm[31:12] + addi rd, rd, imm[11:0]		RV32I / RV64I
地址加載
LAla rd, symbol加載絕對地址（鏈接時解析）auipc rd, offset_hi + addi rd, rd, offset_lo
或 lui rd, offset_hi + addi rd, rd, offset_lo		RV32I / RV64I
LLAlla rd, symbol加載本地地址（PC相對，位置無關）auipc rd, offset_hi + addi rd, rd, offset_loRV32I / RV64I
符號擴展
SEXT.Wsext.w rd, rs將低32位符號擴展至64位（RV64I）addiw rd, rs, 0RV64I
空操作
NOPnop空操作（無實際效果）addi x0, x0, 0RV32I / RV64I

3.3 移位指令

移位指令用于對寄存器中的數據進行位級左移或右移，分為以下兩類：

    1. 寄存器移位：移位位數由另一個寄存器的低 5 位（RV32I）或低 6 位（RV64I）指定。
    1. 立即數移位：移位位數由指令中的立即數字段直接指定。
      在這里插入圖片描述
指令格式功能描述操作（偽代碼）指令集
邏輯左移
SLLsll rd, rs1, rs2邏輯左移（低位補零）rd = rs1 << (rs2[4:0])（RV32I，取低5位）
rd = rs1 << (rs2[5:0])（RV64I，取低6位）		RV32I / RV64I
SLLIslli rd, rs1, shamt立即數邏輯左移rd = rs1 << shamt（shamt范圍：RV32I為 0–31，RV64I為 0–63）RV32I / RV64I
SLLWsllw rd, rs1, rs232位邏輯左移（RV64I，低32位操作）rd = SignExt((rs1[31:0] << rs2[4:0]))RV64I
SLLIWslliw rd, rs1, shamt32位立即數邏輯左移（RV64I）rd = SignExt((rs1[31:0] << shamt)[31:0])（shamt范圍：0–31）RV64I
邏輯右移
SRLsrl rd, rs1, rs2邏輯右移（高位補零）rd = rs1 >> (rs2[4:0])（RV32I）
rd = rs1 >> (rs2[5:0])（RV64I）		RV32I / RV64I
SRLIsrli rd, rs1, shamt立即數邏輯右移rd = rs1 >> shamtRV32I / RV64I
SRLWsrlw rd, rs1, rs232位邏輯右移（RV64I，低32位操作）rd = SignExt((rs1[31:0] >> rs2[4:0]))RV64I
SRLIWsrliw rd, rs1, shamt32位立即數邏輯右移（RV64I）rd = SignExt((rs1[31:0] >> shamt)[31:0])（shamt范圍：0–31）RV64I
算術右移
SRAsra rd, rs1, rs2算術右移（高位補符號位）rd = rs1 >>> (rs2[4:0])（RV32I）
rd = rs1 >>> (rs2[5:0])（RV64I）		RV32I / RV64I
SRAIsrai rd, rs1, shamt立即數算術右移rd = rs1 >>> shamtRV32I / RV64I
SRAWsraw rd, rs1, rs232位算術右移（RV64I，低32位操作）rd = SignExt((rs1[31:0] >>> rs2[4:0]))RV64I
SRAIWsraiw rd, rs1, shamt32位立即數算術右移（RV64I）rd = SignExt((rs1[31:0] >>> shamt)[31:0])（shamt范圍：0–31）RV64I

3.4 邏輯指令

邏輯指令用于對寄存器中的數據進行按位操作，分為以下兩類：

  • 1.寄存器-寄存器操作：兩個寄存器之間的按位運算。
  • 2.寄存器-立即數操作：寄存器與符號擴展后的立即數進行按位運算。
    在這里插入圖片描述
指令格式功能描述操作（偽代碼）指令集
按位與操作
ANDand rd, rs1, rs2按位與rd = rs1 & rs2RV32I / RV64Ity-reference
ANDIandi rd, rs1, imm立即數按位與（符號擴展立即數）rd = rs1 & SignExt(imm)RV32I / RV64Ity-reference
按位或操作
ORor rd, rs1, rs2按位或`rd = rs1rs2`
ORIori rd, rs1, imm立即數按位或（符號擴展立即數）`rd = rs1SignExt(imm)`
按位異或操作
XORxor rd, rs1, rs2按位異或rd = rs1 ^ rs2RV32I / RV64Ity-reference
XORIxori rd, rs1, imm立即數按位異或（符號擴展立即數）rd = rs1 ^ SignExt(imm)RV32I / RV64Ity-reference

偽指令：

偽指令格式功能描述實際轉換（基礎指令）適用指令集
NOTnot rd, rs按位取反（rd = ~rs）xori rd, rs, -1RV32I / RV64I

3.5 比較-置位指令

指令根據兩個操作數的比較結果設置目標寄存器的值為 1 或 0，用于條件判斷和邏輯控制，支持有符號和無符號比較。

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指令格式功能描述操作（偽代碼）指令集
有符號比較
SLTslt rd, rs1, rs2有符號比較：若 rs1 < rs2，則 rd = 1，否則 rd = 0rd = (rs1 < rs2) ? 1 : 0 （有符號比較）RV32I / RV64Ity-reference
SLTIslti rd, rs1, imm有符號立即數比較：若 rs1 < SignExt(imm)，則 rd = 1rd = (rs1 < SignExt(imm)) ? 1 : 0RV32I / RV64Ity-reference
無符號比較
SLTUsltu rd, rs1, rs2無符號比較：若 rs1 < rs2，則 rd = 1rd = (rs1 < rs2) ? 1 : 0 （無符號比較）RV32I / RV64Ity-reference
SLTIUsltiu rd, rs1, imm無符號立即數比較（立即數符號擴展后按無符號比較）：若 rs1 < SignExt(imm)，則 rd = 1rd = (rs1 < SignExt(imm)) ? 1 : 0 （無符號比較）RV32I / RV64Ity-reference

偽指令：

偽指令格式功能描述實際轉換（基礎指令）適用指令集
零值判斷
SEQZseqz rd, rs若 rs == 0，則 rd = 1，否則 0sltiu rd, rs, 1RV32I / RV64I
SNEZsnez rd, rs若 rs ≠ 0，則 rd = 1，否則 0sltu rd, x0, rsRV32I / RV64I
符號判斷
SLTZsltz rd, rs若 rs < 0（有符號），則 rd = 1slt rd, rs, x0RV32I / RV64I
SGTZsgtz rd, rs若 rs > 0（有符號），則 rd = 1slt rd, x0, rsRV32I / RV64I
非零符號判斷
SLEZslez rd, rs若 rs ≤ 0（有符號），則 rd = 1slt rd, x0, rs → xori rd, rd, 1RV32I / RV64I
SGEZsgez rd, rs若 rs ≥ 0（有符號），則 rd = 1slt rd, rs, x0 → xori rd, rd, 1RV32I / RV64I

3.6 分支指令

分支指令用于控制程序流程，根據條件或地址跳轉執行目標代碼，均為 B-Type 或 J-Type 格式。
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條件分支指令

指令格式功能描述操作（偽代碼）指令集
BEQbeq rs1, rs2, offset若 rs1 == rs2，跳轉到 PC + offsetif (rs1 == rs2) PC += SignExt(offset << 1)RV32I / RV64I
BNEbne rs1, rs2, offset若 rs1 ≠ rs2，跳轉到 PC + offsetif (rs1 != rs2) PC += SignExt(offset << 1)RV32I / RV64I
BLTblt rs1, rs2, offset若 rs1 < rs2（有符號），跳轉if (rs1 < rs2) PC += SignExt(offset << 1)RV32I / RV64I
BGEbge rs1, rs2, offset若 rs1 ≥ rs2（有符號），跳轉if (rs1 >= rs2) PC += SignExt(offset << 1)RV32I / RV64I
BLTUbltu rs1, rs2, offset若 rs1 < rs2（無符號），跳轉if (rs1 < rs2) PC += SignExt(offset << 1)RV32I / RV64I
BGEUbgeu rs1, rs2, offset若 rs1 ≥ rs2（無符號），跳轉if (rs1 >= rs2) PC += SignExt(offset << 1)RV32I / RV64I

條件分支偽指令

偽指令格式功能描述實際轉換（基礎指令）適用指令集
BEQZbeqz rs, offset若 rs == 0，跳轉到 offsetbeq rs, x0, offsetRV32I / RV64I
BNEZbnez rs, offset若 rs ≠ 0，跳轉到 offsetbne rs, x0, offsetRV32I / RV64I
BGTbgt rs1, rs2, offset若 rs1 > rs2（有符號），跳轉blt rs2, rs1, offsetRV32I / RV64I
BGTUbgtu rs1, rs2, offset若 rs1 > rs2（無符號），跳轉bltu rs2, rs1, offsetRV32I / RV64I
BLEble rs1, rs2, offset若 rs1 ≤ rs2（有符號），跳轉bge rs2, rs1, offsetRV32I / RV64I
BLEUbleu rs1, rs2, offset若 rs1 ≤ rs2（無符號），跳轉bgeu rs2, rs1, offsetRV32I / RV64I

3.7 跳轉指令

跳轉指令用于改變程序的執行流程，使程序能夠跳轉到代碼中的其他位置執行
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無條件跳轉指令

指令格式功能描述操作（偽代碼）指令集
JALjal rd, offset跳轉到 PC + offset，并將返回地址存入 rdrd = PC + 4; PC += SignExt(offset << 1)RV32I / RV64I
JALRjalr rd, offset(rs1)跳轉到 rs1 + offset，存入返回地址rd = PC + 4; PC = (rs1 + SignExt(offset)) & ~1RV32I / RV64I

無條件跳轉偽指令

偽指令格式功能描述實際轉換（基礎指令）適用指令集
Jj offset無條件跳轉到 offsetjal x0, offsetRV32I / RV64I
JRjr rs跳轉到 rs 指向的地址jalr x0, 0(rs)RV32I / RV64I
RETret從函數返回（跳轉到 ra 地址）jalr x0, 0(ra)RV32I / RV64I

3.8 同步指令

同步指令用于處理內存訪問順序控制，確保數據一致性和并發安全。

內存屏障指令

指令格式功能描述操作（偽代碼）適用指令集
FENCEfence pred, succ內存屏障（控制訪存順序）確保 pred 操作在 succ 操作前完成 (pred/succ 可以為 r（讀）、w（寫）、i（指令流）)RV32I / RV64I
FENCE.Ifence.i指令流同步屏障確保后續指令看到此前所有指令的修改（用于自修改代碼）RV32I / RV64I)

3.9 環境指令

環境指令用于系統調用、調試、中斷處理等特權級操作，通常需在特定權限模式下執行。

系統調用與異常處理指令

指令格式功能描述操作（偽代碼）適用指令集
ECALLecall觸發環境調用（系統調用/異常）根據當前模式跳轉到異常處理程序RV32I / RV64I
EBREAKebreak觸發斷點異常（用于調試）進入調試模式或觸發異常處理RV32I / RV64I

中斷返回指令

指令格式功能描述操作（偽代碼）適用指令集
MRETmret從機器模式異常返回PC = MEPC; Privilege = MPPRV32I / RV64I
SRETsret從監管者模式異常返回PC = SEPC; Privilege = SPPRV32I / RV64I
URETuret從用戶模式異常返回PC = UEPCRV32I / RV64I

等待與暫停指令

指令格式功能描述操作（偽代碼）適用指令集
WFIwfi等待中斷（暫停執行直至中斷發生）暫停 CPU 直至中斷或事件喚醒RV32I / RV64I )

3.10 控制狀態寄存器指令

指令用于讀寫處理器的控制狀態寄存器（如中斷配置、計數器、特權模式設置等），支持原子操作和位操作，適用于系統編程和特權級管理。
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CSR 讀寫指令

指令格式功能描述操作（偽代碼）適用指令集
CSRRWcsrrw rd, csr, rs1將 rs1 寫入 CSR，原值存入 rdt = CSR[csr]; CSR[csr] = rs1; rd = tRV32I / RV64I
CSRRScsrrs rd, csr, rs1將 rs1 對應位設為 1，原值存入 rd`t = CSR[csr]; CSR[csr]= rs1; rd = t`
CSRRCcsrrc rd, csr, rs1將 rs1 對應位清 0，原值存入 rdt = CSR[csr]; CSR[csr] &= ~rs1; rd = tRV32I / RV64I
CSRRWIcsrrwi rd, csr, imm將 5 位立即數寫入 CSRt = CSR[csr]; CSR[csr] = imm; rd = tRV32I / RV64I
CSRRSIcsrrsi rd, csr, imm將立即數對應位置 1`t = CSR[csr]; CSR[csr]= imm; rd = t`
CSRRCIcsrrci rd, csr, imm將立即數對應位清 0t = CSR[csr]; CSR[csr] &= ~imm; rd = tRV32I / RV64I

CSR 偽指令

偽指令格式功能描述實際轉換（基礎指令）適用指令集
CSRRcsrr rd, csr讀取 CSR 的值到寄存器csrrs rd, csr, x0（讀 CSR，不修改）RV32I / RV64I
CSRWcsrw csr, rs將寄存器的值寫入 CSRcsrrw x0, csr, rs（丟棄原值，僅寫入）RV32I / RV64I
CSRScsrs csr, rs設置 CSR 中由 rs 指定的位csrrs x0, csr, rs（按位或，不保存結果）RV32I / RV64I
CSRCcsrc csr, rs清除 CSR 中由 rs 指定的位csrrc x0, csr, rs（按位與取反，不保存結果）RV32I / RV64I
CSRWIcsrwi csr, imm將 5 位立即數寫入 CSRcsrrwi x0, csr, immRV32I / RV64I
CSRSIcsrsi csr, imm設置 CSR 中由立即數指定的位csrrsi x0, csr, immRV32I / RV64I
CSRCIcsrci csr, imm清除 CSR 中由立即數指定的位csrrci x0, csr, immRV32I / RV64I

4 RVM指令集

RVM 擴展指令分為 乘法指令 和 除法/取余指令，支持有符號和無符號操作，并區分 RV32 和 RV64 的差異。
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乘法指令

指令格式功能描述操作（偽代碼）適用指令集
MULmul rd, rs1, rs2乘法（低32/64位結果）rd = (rs1 * rs2)[31:0]（RV32）
rd = rs1 * rs2（RV64）		RV32M / RV64M
MULHmulh rd, rs1, rs2有符號乘法（高32/64位結果）rd = (rs1 * rs2)[63:32]（RV32）
rd = (rs1 * rs2)[127:64]（RV64）		RV32M / RV64M
MULHUmulhu rd, rs1, rs2無符號乘法（高32/64位結果）同上，操作數為無符號數RV32M / RV64M
MULHSUmulhsu rd, rs1, rs2有符號-無符號乘法（高32/64位結果）rs1 有符號，rs2 無符號RV32M / RV64M
MULWmulw rd, rs1, rs232位乘法（結果符號擴展至64位）rd = SignExt((rs1[31:0] * rs2[31:0]))RV64M

除法/取余指令

指令格式功能描述操作（偽代碼）適用指令集
DIVdiv rd, rs1, rs2有符號除法（商）rd = rs1 / rs2（向零舍入）RV32M / RV64M
DIVUdivu rd, rs1, rs2無符號除法（商）rd = rs1 / rs2RV32M / RV64M
REMrem rd, rs1, rs2有符號取余（余數）rd = rs1 % rs2（符號與 rs1 相同）RV32M / RV64M
REMUremu rd, rs1, rs2無符號取余（余數）rd = rs1 % rs2RV32M / RV64M
DIVWdivw rd, rs1, rs232位有符號除法（符號擴展至64位）rd = SignExt((rs1[31:0] / rs2[31:0]))RV64M
DIVUWdivuw rd, rs1, rs232位無符號除法（零擴展至64位）rd = ZeroExt((rs1[31:0] / rs2[31:0]))RV64M
REMWremw rd, rs1, rs232位有符號取余（符號擴展至64位）rd = SignExt((rs1[31:0] % rs2[31:0]))RV64M
REMUWremuw rd, rs1, rs232位無符號取余（零擴展至64位）rd = ZeroExt((rs1[31:0] % rs2[31:0]))RV64M

5 RVFD指令集

5.1 訪存指令

指令用于在內存和浮點寄存器（f0-f31）之間傳輸單精度（F 擴展）或雙精度（D 擴展）浮點數據：
在這里插入圖片描述

浮點加載和存儲指令

指令格式功能描述操作（偽代碼）適用指令集
FLWflw fd, offset(rs1)從內存加載單精度浮點數到浮點寄存器fd = F32(Mem[rs1 + offset])RV32F / RV64F
FSWfsw fs, offset(rs1)將單精度浮點數從浮點寄存器存入內存Mem[rs1 + offset] = F32(fs)RV32F / RV64F
FLDfld fd, offset(rs1)從內存加載雙精度浮點數到浮點寄存器fd = F64(Mem[rs1 + offset])RV64D
FSDfsd fs, offset(rs1)將雙精度浮點數從浮點寄存器存入內存Mem[rs1 + offset] = F64(fs)RV64D

5.2 算術指令

算術指令用于執行各種數學運算，如加法、減法、乘法、除法等。當涉及到浮點數時，這些操作變得更為復雜，因為它們需要處理指數和尾數部分

在這里插入圖片描述

基本算術指令

指令類型指令格式功能描述操作（偽代碼）適用指令集
加法FADD.Sfadd.s fd, fs1, fs2單精度浮點加法fd = fs1 + fs2RV32F / RV64F
FADD.Dfadd.d fd, fs1, fs2雙精度浮點加法fd = fs1 + fs2RV64D
減法FSUB.Sfsub.s fd, fs1, fs2單精度浮點減法fd = fs1 - fs2RV32F / RV64F
FSUB.Dfsub.d fd, fs1, fs2雙精度浮點減法fd = fs1 - fs2RV64D
乘法FMUL.Sfmul.s fd, fs1, fs2單精度浮點乘法fd = fs1 * fs2RV32F / RV64F
FMUL.Dfmul.d fd, fs1, fs2雙精度浮點乘法fd = fs1 * fs2RV64D
除法FDIV.Sfdiv.s fd, fs1, fs2單精度浮點除法fd = fs1 / fs2RV32F / RV64F
FDIV.Dfdiv.d fd, fs1, fs2雙精度浮點除法fd = fs1 / fs2RV64D
平方根FSQRT.Sfsqrt.s fd, fs1單精度浮點平方根fd = sqrt(fs1)RV32F / RV64F
FSQRT.Dfsqrt.d fd, fs1雙精度浮點平方根fd = sqrt(fs1)RV64D
最小值FMIN.Sfmin.s fd, fs1, fs2單精度浮點最小值fd = min(fs1, fs2)RV32F / RV64F
FMIN.Dfmin.d fd, fs1, fs2雙精度浮點最小值fd = min(fs1, fs2)RV64D
最大值FMAX.Sfmax.s fd, fs1, fs2單精度浮點最大值fd = max(fs1, fs2)RV32F / RV64F
FMAX.Dfmax.d fd, fs1, fs2雙精度浮點最大值fd = max(fs1, fs2)RV64D

5.3 RVFD 乘加指令

指令用于執行 乘加融合運算（Fused Multiply-Add, FMA），即在一個操作中完成乘法和加法，通常具有更高的精度和性能
在這里插入圖片描述

指令類型指令格式功能描述操作（偽代碼）適用指令集
單精度乘加FMADD.Sfmadd.s fd, fs1, fs2, fs3單精度浮點乘加fd = (fs1 * fs2) + fs3RV32F / RV64F
單精度乘減FMSUB.Sfmsub.s fd, fs1, fs2, fs3單精度浮點乘減fd = (fs1 * fs2) - fs3RV32F / RV64F
單精度負乘加FNMADD.Sfnmadd.s fd, fs1, fs2, fs3單精度浮點負乘加fd = -((fs1 * fs2) + fs3)RV32F / RV64F
單精度負乘減FNMSUB.Sfnmsub.s fd, fs1, fs2, fs3單精度浮點負乘減fd = -((fs1 * fs2) - fs3)RV32F / RV64F
雙精度乘加FMADD.Dfmadd.d fd, fs1, fs2, fs3雙精度浮點乘加fd = (fs1 * fs2) + fs3RV64D
雙精度乘減FMSUB.Dfmsub.d fd, fs1, fs2, fs3雙精度浮點乘減fd = (fs1 * fs2) - fs3RV64D
雙精度負乘加FNMADD.Dfnmadd.d fd, fs1, fs2, fs3雙精度浮點負乘加fd = -((fs1 * fs2) + fs3)RV64D
雙精度負乘減FNMSUB.Dfnmsub.d fd, fs1, fs2, fs3雙精度浮點負乘減fd = -((fs1 * fs2) - fs3)RV64D

5.4 RVFD傳送指令

指令用于在 浮點寄存器 和 整數寄存器 之間傳輸數據，或在不同浮點寄存器之間復制數據
在這里插入圖片描述

指令類型指令格式功能描述操作（偽代碼）適用指令集
浮點到整數FMV.X.Sfmv.x.s rd, fs1將單精度浮點數轉為整數表示rd = fs1（按位復制）RV32F / RV64F
浮點到整數FMV.X.Dfmv.x.d rd, fs1將雙精度浮點數轉為整數表示rd = fs1（按位復制）RV64D
整數到浮點FMV.S.Xfmv.s.x fd, rs1將整數表示轉為單精度浮點數fd = rs1（按位復制）RV32F / RV64F
整數到浮點FMV.D.Xfmv.d.x fd, rs1將整數表示轉為雙精度浮點數fd = rs1（按位復制）RV64D

5.5 RVFD 轉換指令

分兩類歸納：浮點寄存器間傳送 和 浮點與整數寄存器間傳送，涵蓋符號操作、位模式復制及特殊值處理
在這里插入圖片描述

浮點與整數之間的轉換

指令類型指令格式功能描述操作（偽代碼）適用指令集
浮點 → 整數FCVT.W.Sfcvt.w.s rd, fs1單精度浮點轉為 32 位有符號整數rd = (int32_t)fs1RV32F / RV64F
FCVT.WU.Sfcvt.wu.s rd, fs1單精度浮點轉為 32 位無符號整數rd = (uint32_t)fs1RV32F / RV64F
FCVT.L.Sfcvt.l.s rd, fs1單精度浮點轉為 64 位有符號整數rd = (int64_t)fs1RV64F
FCVT.LU.Sfcvt.lu.s rd, fs1單精度浮點轉為 64 位無符號整數rd = (uint64_t)fs1RV64F
FCVT.W.Dfcvt.w.d rd, fs1雙精度浮點轉為 32 位有符號整數rd = (int32_t)fs1RV64D
FCVT.WU.Dfcvt.wu.d rd, fs1雙精度浮點轉為 32 位無符號整數rd = (uint32_t)fs1RV64D
FCVT.L.Dfcvt.l.d rd, fs1雙精度浮點轉為 64 位有符號整數rd = (int64_t)fs1RV64D
FCVT.LU.Dfcvt.lu.d rd, fs1雙精度浮點轉為 64 位無符號整數rd = (uint64_t)fs1RV64D
整數 → 浮點FCVT.S.Wfcvt.s.w fd, rs132 位有符號整數轉為單精度浮點fd = (float)rs1RV32F / RV64F
FCVT.S.WUfcvt.s.wu fd, rs132 位無符號整數轉為單精度浮點fd = (float)rs1RV32F / RV64F
FCVT.S.Lfcvt.s.l fd, rs164 位有符號整數轉為單精度浮點fd = (float)rs1RV64F
FCVT.S.LUfcvt.s.lu fd, rs164 位無符號整數轉為單精度浮點fd = (float)rs1RV64F
FCVT.D.Wfcvt.d.w fd, rs132 位有符號整數轉為雙精度浮點fd = (double)rs1RV64D
FCVT.D.WUfcvt.d.wu fd, rs132 位無符號整數轉為雙精度浮點fd = (double)rs1RV64D
FCVT.D.Lfcvt.d.l fd, rs164 位有符號整數轉為雙精度浮點fd = (double)rs1RV64D
FCVT.D.LUfcvt.d.lu fd, rs164 位無符號整數轉為雙精度浮點fd = (double)rs1RV64D

浮點精度之間的轉換

指令類型指令格式功能描述操作（偽代碼）適用指令集
單精度 ? 雙精度FCVT.S.Dfcvt.s.d fd, fs1雙精度浮點轉為單精度浮點fd = (float)fs1RV64D
單精度 ? 雙精度FCVT.D.Sfcvt.d.s fd, fs1單精度浮點轉為雙精度浮點fd = (double)fs1RV64D

5.6 RVFD 符號注入指令

指令用于將 整數立即數 或 整數寄存器值 注入到浮點寄存器中，通常用于快速構造浮點常數或特殊值（如 NaN、無窮大）
在這里插入圖片描述

單精度浮點注入指令

指令類型指令格式功能描述操作（偽代碼）適用指令集
符號復制FSGNJ.Sfsgnj.s fd, fs1, fs2復制數值，符號位取自 fs2fd = {fs2[31], fs1[30:0]}RV32F / RV64F
符號取反FSGNJN.Sfsgnjn.s fd, fs1, fs2復制數值，符號位取反自 fs2fd = {~fs2[31], fs1[30:0]}RV32F / RV64F
符號取絕對值FSGNJX.Sfsgnjx.s fd, fs1, fs2復制數值，符號位異或（取絕對值）fd = {fs1[31] ^ fs2[31], fs1[30:0]}RV32F / RV64F

雙精度浮點注入指令

指令類型指令格式功能描述操作（偽代碼）適用指令集
符號復制FSGNJ.Dfsgnj.d fd, fs1, fs2復制數值，符號位取自 fs2fd = {fs2[63], fs1[62:0]}RV64D
符號取反FSGNJN.Dfsgnjn.d fd, fs1, fs2復制數值，符號位取反自 fs2fd = {~fs2[63], fs1[62:0]}RV64D
符號取絕對值FSGNJX.Dfsgnjx.d fd, fs1, fs2復制數值，符號位異或（取絕對值）fd = {fs1[63] ^ fs2[63], fs1[62:0]}RV64D

偽指令

指令類型偽指令格式功能描述實際轉換（基礎指令）適用指令集
單精度浮點注入FABS.Sfabs.s fd, fs單精度浮點取絕對值fsgnjx.s fd, fs, fsRV32F / RV64F
FMV.Sfmv.s fd, fs單精度浮點復制fsgnj.s fd, fs, fsRV32F / RV64F
FNEG.Sfneg.s fd, fs單精度浮點取反fsgnjn.s fd, fs, fsRV32F / RV64F
指令類型偽指令格式功能描述實際轉換（基礎指令）適用指令集
雙精度浮點注入FABS.Dfabs.d fd, fs雙精度浮點取絕對值fsgnjx.d fd, fs, fsRV64D
FMV.Dfmv.d fd, fs雙精度浮點復制fsgnj.d fd, fs, fsRV64D
FNEG.Dfneg.d fd, fs雙精度浮點取反fsgnjn.d fd, fs, fsRV64D

5.7 RVFD 比較指令

指令用于比較兩個浮點數的值，并將比較結果寫入整數寄存器，支持 相等、小于 和 小于等于 三種比較操作
在這里插入圖片描述

指令類型指令格式功能描述操作（偽代碼）適用指令集
相等比較FEQ.Sfeq.s rd, fs1, fs2單精度浮點相等比較rd = (fs1 == fs2) ? 1 : 0RV32F / RV64F
FEQ.Dfeq.d rd, fs1, fs2雙精度浮點相等比較rd = (fs1 == fs2) ? 1 : 0RV64D
小于比較FLT.Sflt.s rd, fs1, fs2單精度浮點小于比較rd = (fs1 < fs2) ? 1 : 0RV32F / RV64F
FLT.Dflt.d rd, fs1, fs2雙精度浮點小于比較rd = (fs1 < fs2) ? 1 : 0RV64D
小于等于比較FLE.Sfle.s rd, fs1, fs2單精度浮點小于等于比較rd = (fs1 <= fs2) ? 1 : 0RV32F / RV64F
FLE.Dfle.d rd, fs1, fs2雙精度浮點小于等于比較rd = (fs1 <= fs2) ? 1 : 0RV64D

5.8 RVFD 分類指令

指令用于檢查浮點數的類別（如正無窮、負零、NaN 等），并將結果寫入整數寄存器，適用于浮點數的異常處理和特殊值檢測
在這里插入圖片描述

指令類型指令格式功能描述操作（偽代碼）適用指令集
浮點分類單精度分類fclass.s rd, fs1單精度浮點分類rd = classify(fs1)RV32F / RV64F
浮點分類雙精度分類fclass.d rd, fs1雙精度浮點分類rd = classify(fs1)RV64D

5.9 RVFD 配置指令

指令用于配置和管理浮點單元的狀態，包括 舍入模式、異常標志 和 浮點控制狀態寄存器（fcsr） 的操作

指令類型指令格式功能描述操作（偽代碼）適用指令集
浮點控制狀態寄存器（fcsr）操作
讀取 fcsrFRCSRfrcsr rd讀取 fcsr 的值到整數寄存器rd = fcsrRV32F / RV64F
寫入 fcsrFSCSRfscsr rd, rs將整數寄存器的值寫入 fcsrfcsr = rsRV32F / RV64F
交換 fcsrFSRCSfscsr rd, rs交換 fcsr 和整數寄存器的值t = fcsr; fcsr = rs; rd = tRV32F / RV64F
舍入模式配置
讀取舍入模式FRRMfrrm rd讀取舍入模式到整數寄存器rd = fcsr[7:5]RV32F / RV64F
寫入舍入模式FSRMfsrm rd, rs將整數寄存器的值寫入舍入模式fcsr[7:5] = rs[2:0]RV32F / RV64F
交換舍入模式FSRRMfsrrm rd, rs交換舍入模式和整數寄存器的值t = fcsr[7:5]; fcsr[7:5] = rs[2:0]; rd = tRV32F / RV64F
異常標志操作
讀取異常標志FFLAGSfflags rd讀取異常標志到整數寄存器rd = fcsr[4:0]RV32F / RV64F
寫入異常標志FSFLAGSfsflags rd, rs將整數寄存器的值寫入異常標志fcsr[4:0] = rs[4:0]RV32F / RV64F
交換異常標志FSRFLAGSfsrflags rd, rs交換異常標志和整數寄存器的值t = fcsr[4:0]; fcsr[4:0] = rs[4:0]; rd = tRV32F / RV64F

6 RVA指令集

RVA（Atomic Operations）擴展為 RISC-V 提供了硬件支持的原子操作指令，用于在多線程或多核環境中實現 原子內存訪問 和 同步操作，確保數據一致性和并發安全。
在這里插入圖片描述

加載保留與條件存儲指令

指令類型指令格式功能描述操作（偽代碼）適用指令集
加載保留LR.Wlr.w rd, (rs1)加載保留（原子加載字，標記內存地址）rd = Mem[rs1]; Reserve rs1RV32A / RV64A
LR.Dlr.d rd, (rs1)加載保留（原子加載雙字）rd = Mem[rs1]; Reserve rs1RV64A
條件存儲SC.Wsc.w rd, rs2, (rs1)條件存儲（若地址未被修改，存儲字）if (Reserve rs1 still valid) { Mem[rs1] = rs2; rd = 0 } else { rd = 1 }RV32A / RV64A
SC.Dsc.d rd, rs2, (rs1)條件存儲（若地址未被修改，存儲雙字）if (Reserve rs1 still valid) { Mem[rs1] = rs2; rd = 0 } else { rd = 1 }RV64A

原子內存操作指令

指令類型指令格式功能描述操作（偽代碼）適用指令集
原子加AMOADD.Wamoadd.w rd, rs2, (rs1)原子加并返回原值rd = Mem[rs1]; Mem[rs1] += rs2RV32A / RV64A
AMOADD.Damoadd.d rd, rs2, (rs1)原子加并返回原值（雙字）rd = Mem[rs1]; Mem[rs1] += rs2RV64A
原子交換AMOSWAP.Wamoswap.w rd, rs2, (rs1)原子交換并返回原值rd = Mem[rs1]; Mem[rs1] = rs2RV32A / RV64A
AMOSWAP.Damoswap.d rd, rs2, (rs1)原子交換并返回原值（雙字）rd = Mem[rs1]; Mem[rs1] = rs2RV64A
原子按位與AMOAND.Wamoand.w rd, rs2, (rs1)原子按位與并返回原值rd = Mem[rs1]; Mem[rs1] &= rs2RV32A / RV64A
AMOAND.Damoand.d rd, rs2, (rs1)原子按位與并返回原值（雙字）rd = Mem[rs1]; Mem[rs1] &= rs2RV64A
原子按位或AMOOR.Wamoor.w rd, rs2, (rs1)原子按位或并返回原值`rd = Mem[rs1]; Mem[rs1]= rs2`
AMOOR.Damoor.d rd, rs2, (rs1)原子按位或并返回原值（雙字）`rd = Mem[rs1]; Mem[rs1]= rs2`
原子按位異或AMOXOR.Wamoxor.w rd, rs2, (rs1)原子按位異或并返回原值rd = Mem[rs1]; Mem[rs1] ^= rs2RV32A / RV64A
AMOXOR.Damoxor.d rd, rs2, (rs1)原子按位異或并返回原值（雙字）rd = Mem[rs1]; Mem[rs1] ^= rs2RV64A
原子最大值AMOMAX.Wamomax.w rd, rs2, (rs1)原子有符號最大值并返回原值rd = Mem[rs1]; Mem[rs1] = max(rd, rs2)RV32A / RV64A
AMOMAX.Damomax.d rd, rs2, (rs1)原子有符號最大值并返回原值（雙字）rd = Mem[rs1]; Mem[rs1] = max(rd, rs2)RV64A
原子無符號最大值AMOMAXU.Wamomaxu.w rd, rs2, (rs1)原子無符號最大值并返回原值rd = Mem[rs1]; Mem[rs1] = maxu(rd, rs2)RV32A / RV64A
AMOMAXU.Damomaxu.d rd, rs2, (rs1)原子無符號最大值并返回原值（雙字）rd = Mem[rs1]; Mem[rs1] = maxu(rd, rs2)RV64A
原子最小值AMOMIN.Wamomin.w rd, rs2, (rs1)原子有符號最小值并返回原值rd = Mem[rs1]; Mem[rs1] = min(rd, rs2)RV32A / RV64A
AMOMIN.Damomin.d rd, rs2, (rs1)原子有符號最小值并返回原值（雙字）rd = Mem[rs1]; Mem[rs1] = min(rd, rs2)RV64A
原子無符號最小值AMOMINU.Wamominu.w rd, rs2, (rs1)原子無符號最小值并返回原值rd = Mem[rs1]; Mem[rs1] = minu(rd, rs2)RV32A / RV64A
AMOMINU.Damominu.d rd, rs2, (rs1)原子無符號最小值并返回原值（雙字）rd = Mem[rs1]; Mem[rs1] = minu(rd, rs2)RV64A

上面列舉了RISC-V指令集，但實際上上面列舉的指令集我很多也沒用過，是按照spec總結了下，如有錯誤或者遺漏，還請各位大佬評論區指出。

參考
riscv-spec-20240411.pdf
一起學RISC-V匯編第5講之常用指令及偽指令列表
RISC-V 常用匯編指令

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文章目錄 前言一、Hadoop介紹1. 簡介2. Hadoop發展史3. Hadoop現狀 二、Hadoop特性1. Hadoop國外應用2. Hadoop國內應用 三、Hadoop架構變遷1. 發行版本2. Hadoop架構變遷(1.0-2.0變遷)3. Hadoop架構變遷(3.0新版本)4. 綜述 四、技術生態體系 前言 大數據&#xff08;Big Data…
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