RISC-V加载常量（立即数或地址）

布满荆棘的人生 2022-05-09 12:46 433阅读 0赞

RISC-V使用`I-type`格式的指令和`U-type`格式的指令加载立即数，`I-type`格式包含12位立即数，`U-type`格式包含20位立即数，而且这20位是加载到寄存器的高20位的。所以，一条`I-type`指令加上一条`U-type`指令就可以加载32位的常量，包括32位的立即数或内存地址。有些情况下只需要一条`I-type`指令，或者一条`U-type`指令就可以了。

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`I-type`和`U-type`指令格式定义如下：  
![在这里插入图片描述][20181016084104366]

# 小常量 #

这里的小常量是指 `-2048 ~ 2047` 之间的常量，`I-type`格式的12位立即数是表示成有符号数的，所以其立即数能表示的范围就是 `-2048 ~ 2047` ，这个范围内的小常量只需要使用一条 `I-type`指令就可以了，不需要额外的`U-type`指令。例如加载常量1234到寄存器x14：

addi	x14,x0,1234

# 低12位为零的32位常量 #

这种常量值需要`U-type`指令，不需要额外的`I-type`指令，例如加载常量0x12345000：

lui		x14,0x12345

# 其它32位常量 #

除了上述两种特殊情况之外的其它32位常量，都需要`I-type`指令和`U-type`指令配合加载常量，例如加载常量0x12345678：

lui		x15,0x12345 # 首先加载常量的高20位
    addi		x15,x15,0x678 # 再将低12位加到高20位

# 和 Cortex-M 对比 #

相比之下，Cortex-M 加载32位常量，通常要把常量存储在代码段，然后通过`LDR`指令从代码段读取。RISC-V加载32位常量使用2条指令，占用8个字节；Cortex-M加载常量使用1条指令和1条常量，占用6个字节或8个字节（有16位长的LDR指令，也有32位长的LDR指令）。RISC-V使用2条指令，只需要访问指令总线，没有存储器加载的延时和总线冲突，Cortex-M因为要从代码段加载，既要访问指令总线也要访问数据总线，会有存储器加载延时和可能的总线冲突。

# RV32 加载64位常量 #

在RV32架构下，需要两个寄存器来存储64位数，理论上讲可以使用两组`I-type`和`U-type`组合就可以加载64位常量，例如加载常量0x1234567812345678：

# 低32位存储在x14
    lui		x14,0x12345
    addi		x14,x14,0x678
    # 高32位存储在x15
    lui		x15,0x12345
    addi		x15,x15,0x678

但是，目前GCC给出的编译结果如下：

lui		x14,0x8000
    lw		x12,0(x14)
    lw		x13,4(x14)

首先把64位常量存储在代码段，然后使用`lw`指令加载。

# RV64 加载64位常量 #

也是先把64位常量存储在代码段，然后使用`ld`指令加载，RV64使用1个寄存器就可以存储64位数了，所以这回只需要加载一次：

lui		x14,0x8000
    ld		x14,0(x14)

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