1. RISC-V指令集介紹

RISC-V 念作 “risk-five”，代表著 Berkeley 所研發(fā)的第五代精簡(jiǎn)指令集。
該項(xiàng)目 2010 年始于加州大學(xué)伯克利（Berkeley）分校，希望選擇一款 ISA用于科研和教學(xué)。經(jīng)過(guò)前期多年的研究和選型，最終決定放棄使用現(xiàn)成的X86 和 ARM 等 ISA，而是自己從頭研發(fā)一款：

• List itemX86：太復(fù)雜，IP 問(wèn)題
• List itemARM：一樣的復(fù)雜，而且在 2010 年之前還不支持 64 位，以及同樣的 IP 問(wèn)題。

2. 模塊化ISA

指令集分為基本部分和擴(kuò)展部分，基本部分的指令集所有硬件實(shí)現(xiàn)都必須有這一部分實(shí)現(xiàn)，而擴(kuò)展部分則是可選的。擴(kuò)展部分又分為標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展和非標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展。例如，乘除法、單雙精度的浮點(diǎn)、原子操作就在標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展子集中。

由 1 個(gè)基本整數(shù)指令集 + 多個(gè)可選的擴(kuò)展指令集組成?；A(chǔ)指令集是固定的，永遠(yuǎn)不會(huì)改變。
RISC ISA = 1個(gè)基本整數(shù)指令集 + 多個(gè)可選的擴(kuò)展指令集。

“I” 基本整數(shù)集，其中包含整數(shù)的基本計(jì)算、Load/Store和控制流，所有的硬件實(shí)現(xiàn)都必須包含這一部分。
?“M” 標(biāo)準(zhǔn)整數(shù)乘除法擴(kuò)展集，增加了整數(shù)寄存器中的乘除法指令。
?“A” 標(biāo)準(zhǔn)操作原子擴(kuò)展集，增加對(duì)儲(chǔ)存器的原子讀、寫(xiě)、修改和處理器間的同步。
?“F” 標(biāo)準(zhǔn)單精度浮點(diǎn)擴(kuò)展集，增加了浮點(diǎn)寄存器、計(jì)算指令、L/S指令。
?“D” 標(biāo)準(zhǔn)雙精度擴(kuò)展集，擴(kuò)展雙精度浮點(diǎn)寄存器，雙精度計(jì)算指令、L/S指令。
?I+M+F+A+D 被縮寫(xiě)為 “G” ，共同組成通用的標(biāo)量指令。
在后續(xù)ISA的版本迭代過(guò)程中，RV32G和RV64G總是保持不變。

RISC-V指令集架構(gòu)和X86/ARM相比，一大優(yōu)勢(shì)就是支持模塊化
RISC-V 指令集架構(gòu)一改傳統(tǒng)增量 ISA 模式，采用模塊化 ISA 模式，它被定義為基本的整數(shù)指令集架構(gòu)，以及幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展子集，可以自定義指令擴(kuò)展，如下表所示。

它的核心為RV32I的基礎(chǔ)整數(shù)指令集，RV32I 是固定的，并保持永遠(yuǎn)不變，而其擴(kuò)展是可選擇進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的。這為編譯器、匯編器和操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員提供了穩(wěn)定的研發(fā)目標(biāo)。其擴(kuò)展包括 M、F、D、A、G、C、V等，開(kāi)發(fā)人員根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用程序，硬件設(shè)計(jì)可以選擇是否實(shí)現(xiàn)這些擴(kuò)展。這種模塊化特性解決了以往指令集增量 ISA 模式和兼容性帶來(lái)的弊端，并且使得 RISC-V 具有了小型化、低功耗的特點(diǎn)，這對(duì)于嵌入式應(yīng)用至關(guān)重要的。

3. RV32I：32個(gè)通用寄存器+1個(gè)PC寄存器

3.1 通用寄存器的介紹

risc-v 有32個(gè)通用寄存器（簡(jiǎn)寫(xiě) reg），標(biāo)號(hào)為x0 - x31，每個(gè)通用寄存器都有各自的用途。
例如 x2是作為sp棧指針、a0 a1用來(lái)保存函數(shù)參數(shù)或返回值。x0寄存器被硬連線為0，就是個(gè)0值寄存器。

ABI名稱(chēng)相當(dāng)于這些通用寄存器的別名，在RISC-V匯編當(dāng)中，都使用ABI名稱(chēng)來(lái)代表這些寄存器。
對(duì)于有別名的寄存器，優(yōu)先使用別名，更達(dá)意，更好記。

3.2 為啥通用寄存器只有32個(gè)？

寄存器的運(yùn)算和讀取速度是最快的，太少了顯然不好，但事實(shí)證明，寄存器數(shù)目如果太多了會(huì)導(dǎo)致訪問(wèn)寄存器的速度下降，也會(huì)造成速度下降。32個(gè)寄存器是risc-v設(shè)計(jì)者、實(shí)踐者的選擇。

4. RISCV-CRS寄存器

用戶級(jí)的CSR指令只能訪問(wèn)少數(shù)幾個(gè)只讀寄存器。