RSIC-V指令集架构
1. 指令类型
有关指令执行参考链接：https://blog.csdn.net/qq_39815222/article/details/106969845
- 存储器访问指令
l型和s型指令是RISCV架构专门用来访问存储器的指令，其他任何指令均无法访问存储器。load/store指令是让寄存器和存储器进行数据交换，虽然不存在运算，但是都会经过完整的数据通路（包括运算器）。
- RISCV架构推荐使用地址对齐的存储器读写操作，但也支持地址非对齐的操作。
- RISCV仅支持小端模式的memory读写
- RISCV读写存储器不支持自增或自减模式。
- 指令执行中控制器的作用：（以sw为例）
1）在当前时钟下的PC值建立后，PC值被存入指令存储器和加法单元。加法单元得到PC+4；同时从指令存储器中取出的指令机器码，根据机器码中的寄存器编号直接访问寄存器文件，其中指令中立即数字段送给立即数生成单元，指令的机器码送给控制器；
2）控制器获得机器码后根据指令格式进行译码，产生控制信号，其中PC选择信号PCSel为0，立即数编码选择信号ImmSel为S（表明为Store指令），控制立即数生成单元生成S型立即数编码，由于sw指令没有写回寄存器的操作，所以写使能端信号RegWEn为0，写回选择信号WBSel也为*，表示不影响结果；sw不涉及操作数的比较，因此对分支比较器的控制信号BrUn和比较结果信号BrLT、BrEq都无作用；B操作数选择信号Bsel为1，选择立即数生成单元输出的立即数值接入ALU的B操作数端口，A操作数选择信号Asel为0，选择寄存器文件输出的DataA接入ALU的A操作端口；ALU的控制信号ALUSel为add，控制ALU输出加法运算结果，作为数据存储器的访问地址值；数据存储器读写控制信号MemRW=write,表示写使能有效；使接入存储器输入数据段的寄存器文件原寄存器2的内容保存到存储器中。
3）最后下一时钟上升沿到来时，将更新的PC+4值写入到PC寄存器，同时原寄存器2的内容写入到数据存储器中。
- 算术指令
-
子程序调用指令
子函数调用可分为保存现场和恢复现场，RISCV调用则较为简洁，它使用公用的程序库（专门用来保存和恢复现场），省去了保存和恢复的诸多指令。
- 保存现场
进入子程序后要用store指令，将当前上下文（通用寄存器等的值）保存到系统存储器的堆栈区（后入先出） - 恢复现场
退出子程序时，用load指令将之前保存的上下文从系统存储器的堆栈区读出来
2. 指令编码格式
- RISC-V本身就是模块化的指令集，可以灵活的进行组合，具有相当多的可配置型。
例如某处理器核支持 RV64GC（RV64IMAFDC） 模块化指令集：
64位：64位地址空间，即通用寄存器宽度为64位
I：基本整数指令子集，支持32个通用整数寄存器
M：支持整数乘法与除法指令
A：支持存储器原子操作指令和Load-Reserved / Store-Conditional指令
F：支持单精度浮点指令
D：支持双精度浮点指令
C：支持编码长度为16位的压缩指令，提高代码密度
Machine Mode Only：只支持机器模式
- 单指令格式
由于是RSIC架构，指令关于原寄存器和目的寄存器的编码格式固定。
例如某RSIC-V指令存储器中add指令内容为：
3. RISC-V寻址空间划分
- 数据和指令寻址空间
例如64位的RISC-V架构，指令和数据寻址空间为2的32次方。 - CSR寻址空间
专用的12为地址编码空间。
4. RISC-V寄存器文件
寄存器文件又称为寄存器堆，是CPU中多个寄存器组成的阵列，RSIC-V寄存器文件主要包含通用寄存器组、控制状态寄存器和一些特殊寄存器
- 通用寄存器组
如果指令集定义为I，则包含32个通用寄存器，分别用x0-x31表示
若定义为E（嵌入式架构），则包含16个通用整数寄存器，仅支持32位，，分别用x0-x15表示
若定义为F/D（单精度/双精度），则另外增加32个独立的通用浮点寄存器，分别用f0-f31表示 - 控制状态寄存器（CSR）
用于配置和记录一些运行的状态，CSR是Core内的寄存器，使用专门的12位地址编码空间。 - 程序计数器（PC）
PC是指令存放在存储器中的地址位置。可以反映在某些通用寄存器或特殊寄存器中。但在RSIC-V架构中，程序要读取PC值，只能通过某些指令间接获得，如AUIPC指令。
5. RSIC-V工作模式
- 机器模式
必选项，另外两种可选，通常为简单的嵌入式系统 - 监督模式
若支持该模式，另外两种须均支持，该模式下可以实现类似Unix的操作系统 - 用户模式
此类系统实现用户和机器模式的区分，从而实现资源保护