3.3　加载与存储指令

和其他RISC体系结构一样，RISC-V体系结构也基于加载和存储的体系结构设计理念。在这种体系结构下，所有的数据处理都需要在通用寄存器中完成，而不能直接在内存中完成。因此，要先把待处理数据从内存加载到通用寄存器，然后进行数据处理，最后把结果写回内存中。

1.加载指令

加载指令的格式如下。

l{d|w|h|b}{u} rd,  offset(rs1)

其中，相关选项的含义如下。

● {d|w|h|b}：表示加载的数据宽度。加载指令如表3.1所示。

● {u}：可选项，表示加载的数据为无符号数，即采用零扩展方式。如果没有这个选项，则加载的数据为有符号数，即采用符号扩展方式。

● rd：表示目标寄存器。

● rs1：表示源寄存器1。

● (rs1)：表示以rs1寄存器的值为基地址进行寻址，简称rs1地址。

● offset：表示以源寄存器的值为基地址的偏移量。offset是12位有符号数，取值范围为[−2048, 2047]。

上述加载指令的编码如图3.3所示，其中opcode字段都是一样的，唯一不同的是funct3字段。

【例3-2】 下面的代码使用了加载指令。

1    li t0, 0x80000000
2
3    lb t1, (t0)
4    lb t1, 4(t0)
5    lbu t1, 4(t0)
6    lb t1, -4(t0)
7    ld t1, (t0)
8    ld t1, 16(t0)

第1行是一条伪指令，表示把立即数加载到t0寄存器中。

在第3行中，从以t0寄存器的值为基地址的内存中加载1字节的数据到t1寄存器，并对这1字节的数据进行符号扩展。符号扩展是计算机系统把小字节数据转换成大字节数据的规则之一，它将符号位扩展至所需要的位数。例如，一个8位的有符号数为0x8A，它的最高位（第7位）为1，因此在做符号扩展的过程中，高字节部分需要填充为0xFF，如图3.4所示，符号扩展到64位的结果为0xFFFF FFFF FFFF FF8A。

在第4行中，以t0寄存器的值为基地址加上4字节的偏移量为内存地址（0x8000 0004），再从这个内存地址中加载1字节的数据到t1寄存器中，并对该字节的数据进行符号扩展。

第5行中的指令与第4行中的指令基本类似，不同之处在于该字节的数据不会做符号扩展，即按照无符号数处理，因此高字节部分填充为0，称为零扩展，如图3.5所示。

在第6行中，以t0寄存器的值为基地址减去4字节的偏移量为内存地址（0x7FFF FFFC），再从这个内存地址中加载1字节的数据到t1寄存器中，并对该字节的数据进行符号扩展。

在第7行中，从以t0寄存器的值为基地址的内存中加载8字节的数据到t1寄存器中。

在第8行中，以t0寄存器的值为基地址加上16字节的偏移量为内存地址（0x8000 0010），再从这个内存地址中加载8字节的数据到t1寄存器中。

【例3-3】 下面的代码使用LUI加载立即数。

lui t0, 0x80200
lui t1, 0x40200

在第1行中，首先把0x80200左移12位得到0x8020 0000，然后进行符号扩展，最后结果为0xFFFF FFFF 8020 0000。

在第2行中，首先把0x40200左移12位得到0x4020 0000，然后进行符号扩展，因为最高位为0，所以最后结果为0x4020 0000。

【例3-4】 下面的代码有错误。

lb a1, 2048(a0)
lb a1,-2049(a0)

上述指令的偏移量超过了取值范围，汇编器会报错。

AS   build_src/boot_s.o
src/boot.S: Assembler messages:
src/boot.S:6: Error: illegal operands 'lb a1,-2049(a0)'
src/boot.S:7: Error: illegal operands 'lb a1,2048(a0)'
make: *** [Makefile:28: build_src/boot_s.o] Error 1

2.存储指令

存储指令的格式如下。

s{d|w|h|b} rs2,  offset(rs1)

其中，相关选项的含义如下。

● {d|w|h|b}：表示存储的数据宽度。根据数据的位宽，存储指令的分类如表3.2所示。

● rs1：表示源寄存器1，用来表示基地址。

● (rs1)：表示以rs1寄存器的值为基地址进行寻址，简称 rs1地址 。

● rs2：表示源寄存器2，用来表示源操作数。

● offset：表示以源寄存器的值为基地址的偏移量。offset是12位有符号数，取值范围为[−2048, 2047]。