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【RISC-V】 li指令

点灯大师～ 2023-06-29 原文

在RISC-V中有这样一条伪指令:

li a0, immediately

可以将任意的32位数据或者地址加载到指定的寄存器中

在 RV32I中，它扩展到 lui 和/或 addi

li 何时扩展为 lui 或者 addi呢？又何时扩展为lui 和 addi呢？

我们观察lui 和 addi 的指令码即可得出结果


由上图可知，lui加载的立即数为高20位，addi加载的立即数为低12位

由此得出结论

  • 若 li 加载的立即数范围为：0~4096 时，会扩展成 addi 指令

    li a0, immediately ⇒ addi a0, x0, imme

  • 若 li 加载的立即数范围超过4096时，会扩展成 lui 指令 和 addi 指令

    li a0, immediately 扩展成
    1、lui a0, (immediately >> 12)
    2、addi a0, a0, (immediately & 0xFFF)

  • 若 li 加载的立即数范围超过4096时，并且低12位为0，会扩展成 lui 指令

    li a0, immediately
    扩展成
    lui a0, (immediately >> 12)

接上文，观察 lui指令、addi指令 会得到这个结果：lui指令加载的立即数为无符号，无需注意。addi指令加载的为有符号数，这个需要考虑一下立即数的符号位

假如我们要加载大立即数到指定的寄存器，需要考虑两种情况

1、第11位为0

第11位为0，则指令：li a0, immediate 会直接扩展成：

lui   a0,  immediate >> 12
addi  a0, a0, (immediate & 0xFFF)

2、第11位为1

第11位为1，此时 li a0, immediate 就不会扩展成

lui   a0,  immediate >> 12
addi  a0, a0, (immediate & 0xFFF)

而是扩展成

lui   a0,  ((immediate >> 12) + 1)
addi  a0, a0, ((immediate & 0xFFF) - 2^12)

解释一下：

addi指令所加载的立即数的第11位为1时，这个立即数是符号扩展的，因此加数将为负数。这意味着除了添加常量的最右边11位
之外，我们还需要减去2^12。为了弥补这个错误，只需将lui 加载的常量添加一个1，因为 lui 常量缩小了 2 ^12倍

例如：将 0xE76 加载到寄存器a0中
答：

lui   a0,  0x01
addi  a0, a0, (0xE76 - 4096)

代码实现

#define immediate  XXXX

uint32_t MSB, LSB;
MSB = immediate >> 12;
LSB = immediate & 0xFFF;

if (MSB == 0) {
	if (LSB & 0x800) {
		asm volatile("lui a0, 0x01"); 
		asm volatile("addi a0, a0, LSB - 4096"); 
	} else {
		asm volatile("addi a0, x0, LSB"); 
	}
} else {
	if (LSB & 0x800) {
		asm volatile("lui a0, MSB + 0x01"); 
		asm volatile("addi a0, a0, LSB - 4096"); 
	} else {
		asm volatile("lui a0, MSB"); 
		asm volatile("addi a0, x0, LSB"); 
	}
}
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