RISC-V 编程速查手册

RISCV编程速查手册

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• RISCV编程速查手册
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• 1.C语言
  • 1.1.数据类型大小
  • 1.2.工具链选项
    • 1.2.1.gcc编译选项(Version:12.2)
    • 1.2.2.objdump 常用选项
    • 1.2.3.objcopy 常用选项
    • 1.2.4.size 常用选项
  • 1.3函数属性
• 2.汇编
  • 2.1.寄存器
    • 2.1.1.通用寄存器
    • 2.1.2.浮点寄存器
  • 2.2.指令集
    • 2.2.1.基础指令
      • 2.2.1.1整数算术指令
      • 2.2.1.2.控制指令
        • 2.2.1.2.1跳转指令
        • 2.2.1.2.分支指令
      • 2.2.1.3.Load Store指令
        • 2.2.1.3.1.Load指令
        • 2.2.1.3.2.Store指令
      • 2.2.1.4.内存指令
      • 2.2.1.5.环境调用指令
      • 2.2.1.6.伪指令
      • 2.2.1.7.CSR伪指令
      • 2.2.2.M 扩展指令（整数乘除）
      • 2.2.3.F 扩展指令（单精度浮点）
      • 2.2.4.D 扩展指令（双精度浮点）
      • 2.2.5.Q 扩展指令（四倍精度浮点，Quad）
      • 2.2.6.A 扩展指令（原子内存操作）
      • 2.2.7.C 扩展指令（压缩指令，RVC）
      • 2.2.8.P 扩展（Packed-SIMD，已弃用）
      • 2.2.9.B 扩展（位操作，Zb*）
      • 2.2.10.H 扩展（Hypervisor）
      • 2.2.11.J 扩展（语言/运行时相关命名）
      • 2.2.12.L 扩展（十进制浮点）
      • 2.2.13.N 扩展（用户级中断）
      • 2.2.14.G 与常见 ABI 命名
• 参考资料

1.C语言

1.1.数据类型大小

1.2.工具链选项

仅列出RISCV平台的内容或者常见通用的内容，如果找不到某个内容，请移步至GNU社区下载对应文档

1.2.1.gcc编译选项(Version:12.2)

由于版本不同，某些选项会失效，请移步至GNU社区查阅对应版本的gcc文档

• -mbranch-cost=N

  分支预测的代价设置为n条指令

• -mplt -mno-plt

  在生成PIC代码时，执行是否允许使用plt。忽略了非pic的内容。默认值为“-mplt”

• -mabi=ABI

  指定整数和浮点的调用约束,需要配合-march使用，选项有ilp32 ilp32f ilp32d lp64 lp64f lp64d,例如-march=rv32i -mabi=ilp32

• -march=ISA

  允许生成的指令的指令集，根据平台的指令集支持来配置参数，示例见上文

• -mfdiv -mno-fdiv

  是否使用硬件浮点除法和平方根指令。这需要对浮点寄存器的F或D扩展。默认情况下是在指定的体系结构中使用它们 有这些指令

• -mdiv -mno-div

  是否使用对整数除法的硬件指令。这就需要M的扩展。默认情况下，如果指定的体系结构有这些指令，则使用它们

• -misa-spec=ISA-spec-string

  指定非特权ISA文档版本，选项有2.2 20190608 20191213，默认是20191213

• -mcpu=processor-string

  指定内核型号，会根据型号做对应的优化，选项有sifive-e20 sifive-e21 sifive-e24 sifive-e31 sifive-e34 sifive-e76 sifive-s21 sifive-s51 sifive-s54 sifive-s76 sifive-u54 sifive-u74

• -mtune=processor-string

  指定体系结构名称，会根据型号做对应的优化，选项有sifive-3-series sifive-5-series sifive-7-series size，size选项对应-Os

• -mpreferred-stack-boundary=num

  设置栈对齐大小，默认是4

• -msmall-data-limit=N

  将小于n字节的全局和静态数据放入一个特殊的部分（在某些目标上）

• -msave-restore -mno-save-restore

  是否使用库函数调用的较小但较慢的上下文。默认情况下是使用内联上下文

• -mshorten-memrefs -mno-shorten-memrefs

  是否将大偏移量的load store操作转换成一个小偏移量的操作，这么做会增加一些指令，以空间换时间，目前只支持32位整数load store

• -mstrict-align -mno-strict-align

  是否生成未对齐的内存访问。默认值取决于正在优化的处理器是否支持快速未对齐访问

• -mcmodel=CODE_MODEL

  为中低代码模型生成代码。程序及其静态定义的符号必须位于单个2 GiB地址范围内，medlow并且必须位于绝对地址−2 GiB和+2 GiB之间。程序可以是静态链接的或动态链接的。这是默认的代码模型，选项有medlow （相对于0的寻址模式）medany（相对于pc的寻址模式）

• -mexplicit-relocs -mno-explicit-relocs

  在处理符号地址时，是否使用汇编程序重定位操作符。另一种选择是使用汇编程序宏，这可能会限制优化

• -mrelax -mno-relax

  是否利用链接器(linker) 松弛来减少实现符号地址所需的指令数量。默认会开启 -mrelax

• -memit-attribute -mno-emit-attribute

  是否将RISCV属性记录到elf文件的额外信息中，要求binutils最低版本为2.32

• -malign-data=type

  控制GCC如何对齐数组、结构或共用体的变量和常量。类型支持的值是“xlen”，它使用x寄存器宽度作为对齐值，它使用2的n次幂对齐。默认值为“xlen”。

• -mbig-endian

  生成大端代码

• -mlittle-endian

  生成小端代码

• -mstack-protector-guard=guard

  -mstack-protector-guard-reg=reg

  -mstack-protector-guard-offset=offset

  使用canary at guard生成堆栈保护代码。仅适用于Linux

1.2.2.objdump 常用选项

反汇编与查看 ELF 结构（与目标架构无关的选项同样适用于 RISC-V 交叉 riscv*-objdump）。

示例：

riscv64-unknown-elf-objdump -d -M no-aliases a.out
riscv64-unknown-elf-objdump -h -t firmware.elf

1.2.3.objcopy 常用选项

示例：只导出 .text+.data 为烧录镜像（按链接脚本决定段名）：

riscv64-unknown-elf-objcopy -O binary -S firmware.elf firmware.bin

1.2.4.size 常用选项

riscv64-unknown-elf-size -A a.out

1.3函数属性

gcc Version12.2

• __attribute__((naked))

  没有上下文，类似inline，需要添加汇编__asm ret这种显式返回才能返回到调用的地方

• __attribute__((interrupt))

  声明该函数为中断函数，默认为machine特权，区别在于ret指令:mret sret ret

• __attribute__((interrupt("user")))

  声明user特权的中断函数

• __attribute__((interrupt("supervisor")))

  声明supervisor特权的中断函数

• __attribute__((interrupt("machine")))

  声明machine特权的中断函数

2.汇编

2.1.寄存器

2.1.1.通用寄存器

2.1.2.浮点寄存器

2.2.指令集

2.2.1.基础指令

指令类型说明

2.2.1.1整数算术指令

| 指令 | 示例 | 示例含义 | 描述 | |——-|—————-|———————-|————————–| | add | add rd, rs1, rs2 | rd = rs1 + rs2 | 将rs1和rs2相加并存储结果到rd | | sub | sub rd, rs1, rs2 | rd = rs1 - rs2 | 将rs1和rs2相减并存储结果到rd | | mul | mul rd, rs1, rs2 | rd = rs1 * rs2 | 将rs1和rs2相乘并存储结果到rd | | div | div rd, rs1, rs2 | rd = rs1 / rs2 | 将rs1除以rs2并存储结果到rd | | rem | rem rd, rs1, rs2 | rd = rs1 % rs2 | 将rs1除以rs2的余数存储到rd |

2.2.1.2.控制指令

2.2.1.2.1跳转指令

2.2.1.2.分支指令

2.2.1.3.Load Store指令

2.2.1.3.1.Load指令

2.2.1.3.2.Store指令

2.2.1.4.内存指令

2.2.1.5.环境调用指令

2.2.1.6.伪指令

2.2.1.7.CSR伪指令

2.2.2.M 扩展指令（整数乘除）

原子访存（lr/sc/amo*）属于 A 扩展，见 §2.2.6。

除法注意：div/rem 对除数为 0 或 INT_MIN / -1 等溢出情形，结果由规范固定（通常不 trap）。

2.2.3.F 扩展指令（单精度浮点）

批注[1]

2.2.4.D 扩展指令（双精度浮点）

与 F 指令一一对应，助记符后缀为 .d，操作数为64 位。常用额外转换：fcvt.s.d（双→单）、fcvt.d.s（单→双）。

2.2.5.Q 扩展指令（四倍精度浮点，Quad）

Q 在现行 RISC-V 规范中指 IEEE 754 四倍精度（128-bit）浮点 子扩展，助记符后缀为 .q（如 fadd.q、flq、fsq），指令形态与 F/D 类似。实现较少，工具链需显式 -march 支持。

与向量区别： SIMD/向量运算由 V 扩展（vsetvl、vle32.v 等）定义，不是 Q。若你需要向量速查，应查阅 Vector spec 或单独整理 V 扩展表。

2.2.6.A 扩展指令（原子内存操作）

LR/SC 对：lr.w / sc.w（字）与 lr.d / sc.d（双字，RV64）实现 保留加载 / 条件存储。sc 成功则 rd=0，失败则 rd≠0 且不写内存。用于实现无锁数据结构。

AMO：amoswap、amoadd、amoxor、amoand、amoor、amomin、amomax、amominu、amomaxu 均可带 .w 或 .d 后缀。语义：*addr 与 rs2 做运算（或交换），旧值写入 rd。

内存顺序：配合 §2.2.1.4 的 fence / fence.i 使用；与 C11 atomic 映射时需关注 acquire/release 语义。

2.2.7.C 扩展指令（压缩指令，RVC）

16-bit 编码，与32-bit 指令可混排。常见：c.lw/c.sw、c.ld/c.sd（RV64）、c.addi、c.li、c.mv、c.j/c.jal（RV32）、c.jr/c.jalr、c.addi16sp、c.lui，以及浮点压缩访存 c.flw 等（视扩展组合而定）。

例：c.mv a0, a1 常用于寄存器间移动，可视为 add a0, zero, a1；在偏移合法时 c.lw a0, 4(a1) 等价于 lw a0, 4(a1)。

2.2.8.P 扩展（Packed-SIMD，已弃用）

早期 P 提案为 Packed-SIMD；现行路线已转向 V 向量扩展与 Zve* 嵌入式向量配置。新设计不建议再跟 P 草案，遗留二进制需查具体芯片文档。

2.2.9.B 扩展（位操作，Zb*）

通常指 Zbb（基本位操作）、Zba（地址生成）、Zbc（进位乘）等组合。示例：

具体助记符与编码以所用工具链的 -march字符串为准（如 zbba / zbb）。

2.2.10.H 扩展（Hypervisor）

为 虚拟化 增加 HS 模式、两阶段地址翻译、虚拟中断委托等。应用层汇编较少直接手写；调试/固件需对照 Hypervisor 章节与 CSR（如 htval、vsatp 等）。

2.2.11.J 扩展（语言/运行时相关命名）

公开规范中 并无 与 I/M/A同级别的单一 “J 扩展” 速查表；文档里的 J 多指 自定义扩展槽位 或历史提案。若涉及 JIT、指针认证 等，应查具体扩展包名（如指针认证相关 BoM 文档）。

2.2.12.L 扩展（十进制浮点）

L 曾用于十进制浮点（decimal floating-point）提案，生态极小众。除非目标核明确实现，一般可忽略。

2.2.13.N 扩展（用户级中断）

N 扩展为 User-mode interrupts（用户态扩展中断），与 U模式 CSR（如 ustatus、uepc）配合。未实现时用户态不可用中断入口。

2.2.14.G 与常见 ABI 命名

G 是约定俗成的 集合名：I + M + A + F + D，并隐含需要 Zicsr（CSR 指令）与 Zifencei（fence.i）以构成典型 Unix 级 应用配置（与 RV32GC / RV64GC 中的 G 同义）。

速记：G ≠一条指令；写 -march=rv64gc 时即包含上述整数、乘除、原子、双精度浮点及 CSR/指令缓存同步。

参考资料

• 伯克利大学riscv reference card

• RISCV ISA Manual

• RISCV ASM Manual

• RISCV C API Doc