riscv - 为什么 JALR 对偏移量的 LSB 进行编码？

Question

我们知道 jal 指定了一个 21 位的偏移量。但是，它不编码 21 位偏移量而是编码 20 位偏移量。原因是地址的最低有效位始终为零，因为最小的 RISC-V 指令是 2 个字节，因此该位未在指令中编码。

通过以这种方式对偏移进行编码，它可以提供 ±1MiB 的跳跃范围。如果 jal 确实对 LSB 进行了编码，它只会提供 ±512KiB 的跳跃范围。

但是，指定 12 位偏移量的 jalr 指令确实对 LSB 进行编码。这将跳跃范围减少到 ±2kiB(而不是 ±4kiB)。我知道 jalr 使用 I 类型格式，它与 addi 相同，并且必须为此类指令编码立即数的 LSB。但是，我认为没有理由必须为 jalr 编码最低有效位。

Answer 1

JALR 用于两个相对不同的目的:

间接分支，例如

函数返回

间接函数调用(例如函数指针；vtables/虚拟调度)，以及

中远分支(在两条指令序列中，相对于 32 位 pc 范围)。

对于前者，间接分支，立即数始终为 0，也就是说实际上根本不使用立即数!

对于后者，该指令与 AUIPC 结合使用，形成 pc 相对寻址的高 20 位 - 然后结合使用 JALR 形成低 12 位，总 pc 相对偏移量为 32-位。

但是， AUIPC 既用于远分支，也用于 pc 相关数据访问。因此，它们都共享 12 位偏移量——加载/存储使用它们的 12 位立即数，而 JALR 也使用 12 位立即数字段，就像加载和存储一样。设计人员选择共享 AUIPC 而不是为这两种用途使用两个不同的 AUIPC(从代码到代码的引用与从代码到数据的引用)。

综上所述， JALR 的范围多半不重要，只要能提供剩余的 12 位来补充 AUIPC 的 20 位即可。当然还有其他方法，但这确实具有重用和只需要一个 AUIPC 指令的优点。