2.4 整型计算指令

大部分整型计算指令对保存在整型寄存器组（register file）里 XLEN 位的值进行运算。整型计算类的指令要么使用 I 格式编码来进行寄存器-立即数（register-immediate）运算，要么使用 R 格式编码来进行寄存器-寄存器（register-register)运算。寄存器-立即数和寄存器-寄存器两种类型的指令都使用寄存器 rd 存放目的操作数。整型计算类指令不会导致算术异常。

我们没有包含检测整型算术运算溢出的特殊指令集。大部分流行的编程语言不支持检测整型的溢出，一部分原因是大多数体系结构（architecture）是在程序运行时（runtime）检测整型算术的溢出，这需要付出很大的代价；另一部分原因是模运算（modulo arithmetic）有时是预期行为。

整型寄存器-立即数指令

ADDI 把符号位扩展后的 12位立即数和寄存器 rs1 相加，保存到寄存器 rd。算数溢出被忽略，只是简单地取计算结果的低 32位。 ADDI rd, rs1, 0 被用来实现 MV rd, rs1 汇编伪指令。

SLTI（set less than immediate）：当两个操作数都被看作是有符号数时，如果寄存器 rs1 的值小于符号位扩展后的立即数则将 rd 寄存器置 1，否则置 0。SLTIU 跟 SLTI 相似，不过比较的数值视作无符号数（也就说，先将立即数符号位扩展为 32 位，然后把它看作无符号数）。 注意，SLTIU rd, rs1, 1 ，若 rs1 等于 0 ，rd 的值置为 1，否则为 0（汇编伪指令 SEQZ rd, rs）。

ANDI，ORI，XORI 是逻辑运算，对寄存器 rs1 和被符号位扩展的 12 位立即数进行按位 与 ， 或 ， 异或 运算，把结果存到 rd 寄存器。 注意： XORI rd, rs1, -1 对寄存器 rs1 执行按位逻辑取反运算（汇编伪指令 NOT rd, rs ）。

移位量是常数的移位操作被编码成一种特殊的 I 格式。被移位的操作数存放在寄存器 rs1 上，移位量被编码在 I 型立即数的低五位字段里。右移的类型（算术或是逻辑）被编码在 I 型立即数的一个高位上（上图中看出是 imm[10]）。SLLI 是逻辑左移（低位补 0）；SRLI 是逻辑右移（高位补 0）；SRAI 是算术右移（高位补符号位）。

LUI（load upper immediate）被用来构建 32 位常数，使用的是 U 型立即数。LUI 把 U 型立即数放到目的寄存器 rd 的高 20 位上，低 12 位补 0。

AUIPC（add upper immediate to pc）被用来构建 PC 相对的地址，使用的是 U 型立即数。 AUIPC 以低 12 位补 0，高 20 位是 U 型立即数的方式形成 32 位偏移量，然后和 PC 相加，最后把结果保存在寄存器 rd。

对于控制流的转移（control-flow transfers）和访问数据，AUIPC 指令支持使用两条指令序列访问基于 PC 的任意偏移量（access arbitrary offsets from the PC）。 AUIPC 和 JALR 里的 12 位立即数的组合，能够转移控制到任意的 32 位 PC 相对地址（ AUIPC 先把 32位立即数的高 20 位，补上低 12 位全 0跟 PC 相加，把结果存到某个寄存器里， JALR 再把这个寄存器和 32 位立即数的低 12 位相加，跳转到相加得到的目标地址。也就是实现了 32 位立即数加上 PC的目标地址），而 AUIPC 加上正常的（regular）取数和存数指令里的 12 位偏移量，能访问任意的 32 位 PC 相对数据地址（AUIPC 先把 32 位立即数的高 20 位，补上低 12 位全 0 跟 PC 相加，把结果存到某个寄存器里， 取数和存数指令再把这个寄存器和 32 位立即数的低 12 位相加，相加的结果为访问数据的目标地址。也就是实现了 32 位立即数加上 PC 的目标地址）。

获取当前 PC 的值可以通过（使用 AUIPC 指令并）把 U 型立即数置为全 0。尽管一个 JAL+4 指令也能用来获取当前 PC 值，但这可能会导致在很简单的微体系结构里打断流水线（cause pipeline breaks），或是在更复杂的微体系结构里破坏（pollute）BTB 结构

整型寄存器-寄存器指令

RV32I 定义了几种算术 R格式的指令。所有指令读取源操作数寄存器 rs1 和 rs2，把运算结果写到寄存器 rd。 funct7 和 funct3 字段（这里的 7 和 3 表示字段的位数）选择运算类型。

ADD 和 SUB 分别执行加法和减法运算。忽略溢出并把结果的低 32 位写到目的寄存器。 SLT 和 SLTU 分别执行有符号和无符号的比较，若 rs1 < rs2 则把 rd 置 1，否则置 0。 注意： SLTU rd, x0, rs2 （x0 是 0 号寄存器）若 rs2 不等于 0 把 rd 置 1，否则置 0（汇编伪指令 SNEZ rd, rs ）。 AND ， OR ， 和 XOR 执行按位逻辑操作。

SLL ， SRL 和 SRA 以寄存器 rs2 的低五位作为移位量，分别对寄存器 rs1 的值执行逻辑左移，逻辑右移和算术右移运算。

NOP 指令

NOP 指令不会改变任何用户可见的状态，除了增加 PC（except for advancing the pc）。 NOP 被编码成 ADDI x0, x0, 0 。

NOPs 可以被用来让代码片段在微体系结构上进行有效地址边界的对齐（align code segments to microarchitecturally significant address boundaries），或者留给修改内联（inline）代码的空间。尽管有多种编码 NOP 指令的方式，我们定义了标准的（canonical）NOP 编码格式，允许微体系结构的优化和使得反汇编输出更易读。