RISC-V分支偏移机器指令编码

Question

解码的RISC-V汇编指令是什么：0001100 01010 11100 100 10001 1100011？从specification我知道，操作码是BLT指令，rs1 = x28，rs2 = x10。

但编码的偏移量是多少？ imm[12|10:5]是0001100 = 12而imm[4:1|11]是10001 = -8，对吗？跳转到哪里去了？

Answer 1

The RISC-V Instruction Set Manual 列出了第 19 章中的完整指令集。 opcode（7 个最低有效位）告诉我们我们处理的是 B 类指令。 funct3 位 ([14:12]) 指定 BLT 指令。

BLT 指令的编码如下：

这给了我们：

<头>

	imm[12|10:5]	rs2	rs1	函数3	imm[4:1|11]	操作码
说明	0001100	01010	11100	100	10001	1100011
价值	0xc	0xa (x10)	0x1c (x28)	0x4	0x11	0x63

立即数是指令位[31|7|30:25|11:8]的串联：0|1|001100|1000 = 0x4c8。 请注意，立即数会遗漏索引 0 处的位。

The RISC-V Instruction Set Manual 状态在 2.3 Immediate Encoding Variants 中：

<块引用>

基于立即数的处理，指令格式（B/J）还有两种变体，如图 2.3 所示。 S 和 B 格式之间的唯一区别是 12 位立即数字段用于在 B 格式中以 2 的倍数对分支偏移进行编码。 不是像传统那样在硬件中将指令编码的立即数中的所有位左移一，而是中间位 (imm[10:1]) 和符号位保持在固定位置，而 S 格式中的最低位 (inst[ 7]) 以 B 格式编码高位。

这是因为 RISC-V 有 16 位指令对齐约束（1.2 指令长度编码）：

<块引用>

基础 RISC-V ISA 具有固定长度的 32 位指令，必须在 32 位边界上自然对齐。但是，标准 RISC-V 编码方案旨在支持具有可变长度指令的 ISA 扩展，其中每条指令可以是任意数量的 16 位指令包长度，并且包在 16 位边界上自然对齐。第 12 章中描述的标准压缩 ISA 扩展通过提供压缩的 16 位指令来减少代码大小，并放宽对齐约束以允许所有指令（16 位和 32 位）在任何 16 位边界上对齐以提高代码密度。< /p>

因此，我们需要在偏移量中添加一个尾随 0，这给我们：0|1|001100|1000|0 = 0x990。

解码后的指令为：blt x28, x10, 0x990

Answer 2

.word 0x18ae48e3

blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
hello:
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello
blt x28,x19,hello



00000000 <hello-0x38>:
   0:   18ae48e3            blt x28,x10,990 <hello+0x958>
   4:   033e4a63            blt x28,x19,38 <hello>
   8:   033e4863            blt x28,x19,38 <hello>
   c:   033e4663            blt x28,x19,38 <hello>
  10:   033e4463            blt x28,x19,38 <hello>
  14:   033e4263            blt x28,x19,38 <hello>
  18:   033e4063            blt x28,x19,38 <hello>
  1c:   013e4e63            blt x28,x19,38 <hello>
  20:   013e4c63            blt x28,x19,38 <hello>
  24:   013e4a63            blt x28,x19,38 <hello>
  28:   013e4863            blt x28,x19,38 <hello>
  2c:   013e4663            blt x28,x19,38 <hello>
  30:   013e4463            blt x28,x19,38 <hello>
  34:   013e4263            blt x28,x19,38 <hello>

00000038 <hello>:
  38:   013e4063            blt x28,x19,38 <hello>
  3c:   ff3e4ee3            blt x28,x19,38 <hello>
  40:   ff3e4ce3            blt x28,x19,38 <hello>

00000001001111100100001001100011
00000001001111100100000001100011
11111111001111100100111011100011


0 000000 1001111100100 0010 0 1100011
0 000000 1001111100100 0000 0 1100011
1 111111 1001111100100 1110 1 1100011 

你确实看到如何从指令中提取这些数字，如文件所示？

0 0 000000 0010 0
0 0 000000 0000 0
1 1 111111 1110 0

0 0000 0000 0100 = 0x0004 
0 0000 0000 0000 = 0x0000 (<-- hello label here)
1 1111 1111 1100 = 0x1FFC

好的，这里没有魔力，有时会有偏移，通常会有偏移。通常，下一条指令的地址是应用立即数的地方。以ARM为例，前面两条指令的地址是应用偏移量的地方。

from your instruction
0001100 01010 11100 100 10001 1100011
0 001100 01010 11100 100 1000 1 1100011
010011001000 (add implied zero for bit 0)
0 1001 1001 0000 = 0x990