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1 RV32I的寄存器

如下图，列出了RV32I 寄存器和由RISC-V 应用程序二进制接口（Application Binary Interface，ABI）定义的寄存器名称。我们将在示例代码中使用ABI 名称来提升可读性。

在RISC-V 的规范里面，RV32I定义了32 个通用寄存器，其中31个是常规寄存器，1个恒为0值的x0寄存器。

2 RV32I的指令

RV32I具备的所有指令，如下所示。

这里展示了RV32I指令集的每一条指令，并且每条指令的具体格式，以及指令类型。

RV32I指令集，一共包含了47条指令，分别涵盖了数据传输、算术运算、逻辑运算、分支跳转、比较判断等功能。

我们按不同类型，划分来看：

2.1 算术运算指令

算术运算指令，有add、sub、addi、lui、auipc，其指令形式与含义，如下所示：

指令形式	功能说明
add rd, rs1, rs2	rd = rs1 + rs2
sub rd, rs1, rs2	rd = rs1 - rs2
addi rd, rs1, imm	rd = rs1 + imm
lui rd, imm	rd = imm << 12
auipc rd, imm	rd = PC + (imm << 12)

2.2 逻辑运算指令

逻辑运算指令，有xor、or、and、xori、ori、andi，其指令形式与含义，如下所示：

指令形式	功能说明
xor rd, rs1, rs2	rd = rs1 ^ rs2，表示rs1与rs2按位异或，结果存入rd
or rd, rs1, rs2	rd = rs1 \ rs2，表示rs1与rs2按位或，结果存入rd
and rd, rs1, rs2	rd = rs1 & rs2，表示rs1与rs2按位与，结果存入rd
xori rd, rs1, imm	rd = rs1 ^ imm，表示rs1与imm按位异或，结果存入rd
ori rd, rs1, imm	rd = rs1 \ imm，表示rs1与imm按位或，结果存入rd
andi rd, rs1, imm	rd = rs1 & imm，表示rs1与imm按位与，结果存入rd

2.3 移位运算指令

移位运算指令，有sll、srl、sra等，共10条，其指令形式与含义，如下所示：

指令形式	功能说明
sll rd, rs1, rs2	rd = rs1 << rs2，表示将rs1逻辑左移，左移位数为rs2，结果存入rd
srl rd, rs1, rs2	rd = rs1 >> rs2，表示将rs1逻辑右移，右移位数为rs2，结果存入rd
sra rd, rs1, rs2	rd = rs1 >> rs2，表示将rs1算术右移，右移位数为rs2，结果存入rd
slt rd, rs1, rs2	rd = (rs1 < rs2) ? 1:0，表示rs1小于rs2，则将1写入rd，否则将0写入rd
sltu rd, rs1, rs2	rd = (rs1 < rs2) ? 1:0，表示无符号的rs1小于rs2，则将1写入rd，否则将0写入rd
slli rd, rs1, imm	rd = rs1 << imm[0:4]，表示将rs1逻辑左移，左移位数为imm，结果存入rd
srli rd, rs1, imm	rd = rs1 >> imm[0:4]，表示将rs1逻辑右移，右移位数为imm，结果存入rd
srai rd, rs1, imm	rd = rs1 >> imm[0:4]，表示将rs1算术右移，右移位数为imm，结果存入rd
slti rd, rs1, imm	rd = (rs1 < imm) ? 1:0，表示rs1小于imm，则将1写入rd，否则将0写入rd
sltiu rd, rs1, imm	rd = (rs1 < imm) ? 1:0，表示无符号的rs1小于imm，则将1写入rd，否则将0写入rd

2.4 内存读写指令

RV32I数据读写指令，可以从内存中加载数据到寄存器，或者将寄存器值存储到内存。亦或者将数据从一个寄存器复制到另一个。或者将立即数或标签地址加载到寄存器。

RV32I内存读写指令，有lb、lh、lw等，共8条，其指令形式与含义，如下所示：

指令形式	功能说明
lb rd, imm(rs1)	rd = M[rs1+imm][0:7]，表示从内存地址（rs1+imm）中，加载一个8位有符号字节到寄存器rd
lh rd, imm(rs1)	rd=M[rs1+imm][0:15]，表示从内存地址（rs1+imm）中，加载一个16位有符号半字到寄存器rd
lw rd, imm(rs1)	rd = M[rs1+imm][0:31]，表示从内存地址（rs1+imm）中，加载一个32位有符号或无符号字到寄存器rd
lbu rd, imm(rs1)	rd = M[rs1+imm][0:7]，表示从内存地址（rs1+imm）中，加载一个8位无符号字节到寄存器rd
lhu rd, imm(rs1)	rd = M[rs1+inm][0:15]，表示从内存地址（rs1+imm）中，加载一个16位无符号半字到寄存器rd
sb rs2, imm(rs1)	M[rs1+imm][0:7] = rs2[0:7]，表示将rs2中的最低8位值，存储到（rs1+imm）地址的内存中
sh rs2, imm(rs1)	M[rs1+imm][0:15] = rs2[0:15]，表示将rs2中的最低16位值，存储到（rs1+imm）地址的内存中
sw rs2, imm(rs1)	M[rs1+imm][0:31] = rs2[0:31]，表示将rs2中的最低32位值，存储到（rs1+imm）地址的内存中

2.5 分支与跳转指令

条件跳转指令，是依据指令中的条件来决定跳转。换句话说就是，通过判断条件来决定是否改变当前执行流程。

RV32I分支与跳转指令，有beq、bne、blt等，共8条，其指令形式与含义，如下所示：

指令形式	功能说明
beq rs1, rs2, imm	if(rs1 == rs2) PC+=imm，表示如果rs1等于rs2，则跳转到PC+imm
bne rs1, rs2, imm	if(rs1 != rs2) PC+=imm，表示如果rs1不等于rs2，则跳转到PC+imm
blt rs1, rs2, imm	if(rs1 < rs2) PC+=imm，表示如果有符号的rs1小于rs2，则跳转到PC+imm
bge rs1, rs2, imm	if(rs1 >= rs2) PC+=imm，表示如果有符号的rs1大于等于rs2，则跳转到PC+imm
bltu rs1, rs2, imm	if(rs1 < rs2) PC+=imm，表示如果无符号的rs1小于rs2，则跳转到PC+imm
bgeu rs1, rs2, imm	if(rs1 >= rs2) PC+=imm，表示如果无符号的rs1大于等于rs2，则跳转到PC+imm
jal rd, imm	rd = PC+4; PC += imm，表示首先将PC+4的地址值存储到寄存器rd，然后跳转到PC+imm处
jalr rd, imm(rs1)	rd = PC+4; PC= rs1 + imm，表示首先将PC+4的地址值存储到寄存器rd，然后跳转到rs1+imm处

关于跳转指令，还有几条常用伪指令：

指令形式	功能说明
j lab	跳转到lab标签地址处
jr rs1	跳转到寄存器rs1指定的地址
jal lab	首先将PC+4的地址值存储到返回寄存器ra，然后跳转到lab标签处
ret	跳转到返回寄存器ra保存的地址

通过上述内容的学习，我们了解了RV32I指令集有哪些指令，以及这些指令的字节码（机器码）构成。