cpu-architecture - RISC V手册混淆: instruction format VS immediate format

Question

我有一些与 RISC V 手册相关的问题它有不同类型的指令编码，如R型、I型。就像 MIPS 编码一样。

* R-type

  31        25 24     20 19     15 14  12 11      7 6           0
 +------------+---------+---------+------+---------+-------------+
 | funct7     | rs2     | rs1     |funct3| rd      | opcode      |
 +------------+---------+---------+------+---------+-------------+

* I-type

  31                  20 19     15 14  12 11      7 6           0
 +----------------------+---------+------+---------+-------------+
 | imm                  | rs1     |funct3| rd      | opcode      |
 +----------------------+---------+------+---------+-------------+

* S-type

  31        25 24     20 19     15 14  12 11      7 6           0
 +------------+---------+---------+------+---------+-------------+
 | imm        | rs2     | rs1     |funct3| imm     | opcode      |
 +------------+---------+---------+------+---------+-------------+

* U-type

  31                                      11      7 6           0
 +---------------------------------------+---------+-------------+
 | imm                                   | rd      | opcode      |
 +---------------------------------------+---------+-------------+

但它还有一种叫做立即格式的东西: 如I-立即、S-立即等

* I-immediate

  31                                        10        5 4     1  0
 +-----------------------------------------+-----------+-------+--+
 |                                  <-- 31 | 30:25     | 24:21 |20|
 +-----------------------------------------+-----------+-------+--+

* S-immediate

  31                                        10        5 4     1  0
 +-----------------------------------------+-----------+-------+--+
 |                                  <-- 31 | 30:25     | 11:8  |7 |
 +-----------------------------------------+-----------+-------+--+

* B-immediate

  31                                  12 11 10        5 4     1  0
 +--------------------------------------+--+-----------+-------+--+
 |                               <-- 31 |7 | 30:25     | 11:8  |z |
 +--------------------------------------+--+-----------+-------+--+

* U-immediate

  31 30               20 19           12 11                      0
 +--+-------------------+---------------+-------------------------+
 |31| 30:20             | 19:12         |                   <-- z |
 +--+-------------------+---------------+-------------------------+

* J-immediate

  31                  20 19           12 11 10        5 4     1  0
 +----------------------+---------------+--+-----------+-------+--+
 |               <-- 31 | 19:12         |20| 30:25     | 24:21 |z |
 +----------------------+---------------+--+-----------+-------+--+

根据手册，它说这些立即数是由RISC-V指令产生的，但是它们之间有什么关系？

立即格式有什么意义？

Answer 1

第二组图向您展示了立即数位如何连接并符号扩展为 32 位整数(因此它们可以用作普通 32 位 ALU 指令(如 addi )的源操作数，这些指令既需要他们的输入大小相同)。

对于 I 类型指令，这很简单，只需将指令字算术右移 20 位即可，因为只有一个立即数字段，并且它在指令字的顶部是连续的。

对于S型立即数指令，指令字中有两个单独的字段:[31:25]和[11:7] ，这表明它们是按这个顺序排列的，而不是 [11:7, 31:25]并且它们之间没有任何隐含的零。

B 型立即数指令显然将位 7 放在 [30:25] 前面，低位是隐含的零。 (所以结果数字总是偶数)。我认为 B 型适用于分支。

U 类型也很有趣，用尾随零填充 20 位立即数。它用于lui创建 32 位常量的高位(addi 提供其余部分)。 U 类型和 I 类型总共有 32 个立即位，这并非巧合。

要访问静态数据，lui可以创建地址的高位部分，而 lw可以直接提供低部分，而不是使用 addi在寄存器中创建完整地址。这对于 MIPS 和 PowerPC 等 RISC ISA 来说也是典型的(参见示例 on the Godbolt compiler explorer )。但与大多数其他 RISC ISA 不同，RISC-V 有 auipc which adds the U-type immediate to the program counter ，无需从 GOT(全局偏移表)加载地址即可实现高效 PIC。 (最近的 MIPS 修订版还添加了一条 add-to-PC 指令，但很长一段时间 MIPS 在 PIC 方面表现相当糟糕)。

lui可以编码任何 4k 对齐地址，即具有 4k 页的页起始地址。