RISC-V 培训
RISC-V架构
RISC-V架构的设计哲学
- RISC-V是一个模块化的架构，不仅短小精悍，其不同的部分还能以模块化的方式组织在一起，从而试图通过一套统一的架构满足各种不同的应用
- 基本指令数目仅有40多条，加上其他的模块化扩展指令总共几十条指令
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
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