RISCV李指令

Question

在RISCV汇编中，“li”是伪指令。 我有这个说明：

li      t2, 0x1800
csrc    mstatus, t2

“li”被组装成以下2条指令。

lui x7 2
addi x7 x7 -2048

我的问题，为什么是 2 和 -2048？为什么“li”会组合成lui和addi？ 有针对这种行为的文档吗？

我使用“riscv64-unknown-elf-as”作为汇编器。

Answer 1

有针对这种行为的文档吗？

这并不是真正经过考虑的行为，而是一个聪明但众所周知的代码序列，用于缩短汇编器和编译器使用的立即数的组合。

处理器的唯一行为是所有 I-Type 指令中 12 位立即数的符号扩展。

设计师这样做的原因是两件事的结合：

• 他们希望允许像

  addi

  这样的指令使用负立即数，以及

  lw

  和

  sw

  认为负偏移量足够有用，因为它们可以用于帧指针相对算术来访问局部变量，或者到达紧邻该块之前的块的标头等等。

• 更进一步，他们希望硬件只有一种12位扩展，即签名扩展。

这两点放在一起意味着

lui

和以下之一：

addi

、

lw

、

sw

，可以完成完整的 32 位地址/值，所有工作原理相同：第二条指令的符号扩展可能需要增加用于

lui

的常量。

他们不必以这种方式构建它；他们可以这样做。例如，他们可以提供另一条指令

addui

，在相加之前清除高 20 位；或者，他们可以提供具有相同功能的

lw

和

sw

版本，或者定义

lw

和

sw

以仅支持 12 位无符号立即数。

但他们选择的是一种折衷方案，既允许一般的负立即数，又采用更简单的硬件替代方案。

设计人员竭尽全力简化硬件，同时考虑嵌入式和其他功率/尺寸有限的处理器

---

为什么是 2 和 -2048？

为了避免 addi 具有负 12 位数字的符号扩展功能，您必须将立即数限制为 11 位无符号，这将使第 12 位（符号位）为零，因此在 12 位中不会为负，所以永远不会扩展负号。例如，0x400 适合 11 位，因此我们可以这样做：

lui x7, 1
addi x7, x7, 0x400
addi x7, x7, 0x400

实现 0x1000 + 0x400 + 0x400 = 0x1800。

但是，正如您所看到的，这涉及三个指令！

为了缩短代码序列，我们必须利用额外的第 12 位（符号），即使它将被设置/开启/真/1/负，并且会导致该代码的高 20 位为 -1 值。使用前立即通过

addi

。

-1（由 12 位立即数的符号扩展引起的高 20 位）需要偏移 +1（高 20 位）才能获得所需的数字，并且 +1 偏移是在

 中完成的lui

指令，因此用

lui x7, 2

代替 1，并用

addi x7, x7, 0x800

来完成 2 个指令序列。 0x800作为带符号的12位数字是-2048，所以：2和-2048：0x2000=8192； 8192+-2048=6144； 6144=0x1800.