RISC-V 32 位基础指令集（RV32I）完整参考手册

木由里予

383人浏览 · 2026-05-14 14:03:18

木由里予 · 2026-05-14 14:03:18 发布

RISC-V 32 位基础指令集（RV32I）完整参考手册

一、架构概述

RISC-V 是一个开源的精简指令集计算机（RISC）架构，由加州大学伯克利分校于 2010 年发起设计。

项目	说明
指令长度	固定 32 位（4 字节）
寄存器数量	32 个通用寄存器（x0–x31） + PC
寄存器宽度	32 位
字节序	小端（Little-endian）
寻址方式	字节寻址
立即数范围	12 位（I/S 型）、20 位（U 型）、21 位（J 型）

二、寄存器组详解

2.1 完整寄存器表

寄存器编号	ABI 名称	别名	用途	调用约定
x0	zero	—	硬连线零，读取恒为 0，写入无效	—
x1	ra	—	返回地址（Return Address）	Caller-saved
x2	sp	—	栈指针（Stack Pointer）	Callee-saved
x3	gp	—	全局指针（Global Pointer）	—
x4	tp	—	线程指针（Thread Pointer）	—
x5	t0	—	临时寄存器 / 链接暂存	Caller-saved
x6	t1	—	临时寄存器	Caller-saved
x7	t2	—	临时寄存器	Caller-saved
x8	s0	fp	保存寄存器 / 帧指针（Frame Pointer）	Callee-saved
x9	s1	—	保存寄存器	Callee-saved
x10	a0	—	函数参数 0 / 返回值 0	Caller-saved
x11	a1	—	函数参数 1 / 返回值 1	Caller-saved
x12	a2	—	函数参数 2	Caller-saved
x13	a3	—	函数参数 3	Caller-saved
x14	a4	—	函数参数 4	Caller-saved
x15	a5	—	函数参数 5	Caller-saved
x16	a6	—	函数参数 6	Caller-saved
x17	a7	—	函数参数 7 / 系统调用号	Caller-saved
x18	s2	—	保存寄存器	Callee-saved
x19	s3	—	保存寄存器	Callee-saved
x20	s4	—	保存寄存器	Callee-saved
x21	s5	—	保存寄存器	Callee-saved
x22	s6	—	保存寄存器	Callee-saved
x23	s7	—	保存寄存器	Callee-saved
x24	s8	—	保存寄存器	Callee-saved
x25	s9	—	保存寄存器	Callee-saved
x26	s10	—	保存寄存器	Callee-saved
x27	s11	—	保存寄存器	Callee-saved
x28	t3	—	临时寄存器	Caller-saved
x29	t4	—	临时寄存器	Caller-saved
x30	t5	—	临时寄存器	Caller-saved
x31	t6	—	临时寄存器	Caller-saved
—	pc	—	程序计数器，不可直接读写	—

2.2 寄存器功能分组

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    32 个通用寄存器                        │
├─────────────┬───────────────────┬───────────────────────┤
│  特殊寄存器  │   调用相关寄存器   │    通用工作寄存器      │
├─────────────┼───────────────────┼───────────────────────┤
│ x0  (zero)  │ x1   (ra)        │ x5-t0, x6-t1, x7-t2  │
│ x2  (sp)    │ x8   (s0/fp)     │ x28-t3, x29-t4        │
│ x3  (gp)    │ x9   (s1)        │ x30-t5, x31-t6        │
│ x4  (tp)    │ x10-a0 ~ x17-a7  │                       │
│             │ x18-s2 ~ x27-s11  │                       │
└─────────────┴───────────────────┴───────────────────────┘

2.3 各寄存器详细说明

x0 (zero) — 零寄存器

最特殊的寄存器，硬件上恒输出 0
任何对 x0 的写入操作都会被忽略
利用 x0 可以实现许多伪指令，例如：
- mv rd, rs → addi rd, rs, 0
- neg rd, rs → sub rd, x0, rs
- ret → jalr x0, 0(ra)
- nop → addi x0, x0, 0
- li rd, imm（小立即数）→ addi rd, x0, imm

x1 (ra) — 返回地址

jal（跳转并链接）和 jalr（寄存器跳转并链接）会自动将返回地址（PC+4）写入 ra
函数返回时通过 jalr x0, 0(ra) 跳回调用点
Caller-saved：被调函数可自由使用，调用者需自行保存

x2 (sp) — 栈指针

指向当前栈顶
RISC-V 要求栈 16 字节对齐（RV32 中至少 4 字节对齐，ABI 推荐 16 字节）
栈从高地址向低地址增长（push 时 sp 减小）
Callee-saved：被调函数必须保存和恢复

x3 (gp) — 全局指针

通常由链接器设置为指向全局数据区的中间位置
允许通过 gp + 12 位有符号偏移（±2KB）访问全局变量
在小型嵌入式程序中特别有用
调用约定中不归类为 caller/callee-saved，由系统管理

x4 (tp) — 线程指针

指向线程局部存储（TLS）区域
多线程环境中每个线程有独立的 tp 值
通常由运行时系统管理，用户代码很少直接修改

x5 (t0) — 临时寄存器 / 链接暂存

临时计算、中间结果
也被 auipc+jalr 长跳转序列用作暂存
Caller-saved

x6–x7 (t1, t2) — 临时寄存器

临时计算，不需要跨函数调用保持的值
Caller-saved

x8 (s0/fp) — 保存寄存器 / 帧指针

双重角色：作为 s0 使用时是普通的 callee-saved 寄存器
作为 fp（帧指针）使用时，指向当前栈帧的固定位置
帧指针有助于调试器进行栈回溯（stack unwinding）
Callee-saved

x9 (s1) — 保存寄存器

需要跨函数调用保持的局部变量
Callee-saved

x10–x11 (a0, a1) — 参数 / 返回值寄存器

传递函数的前 2 个整数参数
函数返回值放在这两个寄存器中（可返回 64 位值：a0 低 32 位，a1 高 32 位）
Caller-saved

x12–x17 (a2–a7) — 参数寄存器

传递函数的第 3–8 个整数参数
a7 同时用于传递系统调用号（Linux 约定）
Caller-saved

x18–x27 (s2–s11) — 保存寄存器

需要跨函数调用保持的局部变量（共 10 个）
被调函数如果使用了这些寄存器，必须在入口保存、出口恢复
Callee-saved

x28–x31 (t3–t6) — 临时寄存器

额外的临时寄存器（共 4 个）
Caller-saved

PC — 程序计数器

指向下一条要执行的指令地址
不能作为指令的源/目的寄存器直接访问
只能通过分支、跳转、异常等间接修改

2.4 Caller-saved 与 Callee-saved

Caller-saved（调用者保存）— 共 16 个：
  ra, t0-t6, a0-a7
  ┌──────────────────────────────────────────────┐
  │ 调用者如果需要在函数调用后继续使用这些寄存器， │
  │ 必须在调用前自行保存到栈上。                   │
  │ 被调函数可以自由使用这些寄存器。               │
  └──────────────────────────────────────────────┘

Callee-saved（被调者保存）— 共 13 个：
  sp, s0-s11
  ┌──────────────────────────────────────────────┐
  │ 被调函数如果要使用这些寄存器，                 │
  │ 必须在函数入口保存原值，函数出口恢复原值。     │
  │ 保证调用者看到的值不变。                       │
  └──────────────────────────────────────────────┘

2.5 函数调用示例

# int add(int a, int b) { return a + b; }
# 调用约定：a=a0, b=a1, 返回值=a0

add_func:
    add  a0, a0, a1     # a0 = a + b
    ret                  # 返回（jalr x0, 0(ra)）

# 调用 add(3, 5)
caller:
    addi sp, sp, -16     # 分配栈帧
    sw   ra, 12(sp)      # 保存返回地址（ra 是 caller-saved）
    sw   s0, 8(sp)       # 保存 s0（callee-saved）

    li   a0, 3           # 第一个参数
    li   a1, 5           # 第二个参数
    call add_func        # 调用（等价于 jal ra, add_func）
    # 返回值在 a0 中，值为 8

    lw   s0, 8(sp)       # 恢复 s0
    lw   ra, 12(sp)      # 恢复返回地址
    addi sp, sp, 16      # 释放栈帧
    ret

三、指令格式

3.1 六种基本格式

RISC-V 定义了 6 种 32 位指令格式：

R-type（寄存器-寄存器运算）：
  31      25 24   20 19   15 14  12 11   7 6      0
 ┌─────────┬───────┬───────┬──────┬──────┬─────────┐
 │ funct7  │  rs2  │  rs1  │funct3│  rd  │ opcode  │
 └─────────┴───────┴───────┴──────┴──────┴─────────┘
   7 位       5 位    5 位   3 位   5 位    7 位

I-type（立即数运算 / 加载）：
  31              20 19   15 14  12 11   7 6      0
 ┌─────────────────┬───────┬──────┬──────┬─────────┐
 │  imm[11:0]      │  rs1  │funct3│  rd  │ opcode  │
 └─────────────────┴───────┴──────┴──────┴─────────┘
    12 位             5 位   3 位   5 位    7 位

S-type（存储）：
  31      25 24   20 19   15 14  12 11      7 6      0
 ┌─────────┬───────┬───────┬──────┬─────────┬─────────┐
 │imm[11:5]│  rs2  │  rs1  │funct3│imm[4:0] │ opcode  │
 └─────────┴───────┴───────┴──────┴─────────┴─────────┘
   7 位       5 位    5 位   3 位    5 位      7 位

B-type（条件分支）：
  31    30    25 24   20 19   15 14  12 11   8  7   6      0
 ┌───┬─────────┬───────┬───────┬──────┬───────┬───┬─────────┐
 │12 │imm[10:5]│  rs2  │  rs1  │funct3│imm[4:1]│11 │ opcode  │
 └───┴─────────┴───────┴───────┴──────┴───────┴───┴─────────┘
  1 位   6 位     5 位    5 位   3 位    4 位   1 位  7 位

U-type（高位立即数）：
  31                          12 11   7 6      0
 ┌─────────────────────────────┬──────┬─────────┐
 │       imm[31:12]            │  rd  │ opcode  │
 └─────────────────────────────┴──────┴─────────┘
           20 位                5 位    7 位

J-type（无条件跳转）：
  31    30        21 20 19          12 11   7 6      0
 ┌───┬─────────────┬───┬─────────────┬──────┬─────────┐
 │20 │ imm[10:1]   │11 │ imm[19:12]  │  rd  │ opcode  │
 └───┴─────────────┴───┴─────────────┴──────┴─────────┘
  1 位    10 位     1 位    8 位        5 位    7 位

3.2 立即数编码说明

格式	立即数范围	说明
I-type	-2048 ~ +2047（12 位有符号）	符号扩展到 32 位
S-type	-2048 ~ +2047（12 位有符号）	分为 imm[11:5] 和 imm[4:0]
B-type	-4096 ~ +4094（13 位有符号，步长 2）	最低位恒为 0
U-type	0 ~ 1048575（20 位）	直接放在高 20 位
J-type	-1048576 ~ +1048574（21 位有符号，步长 2）	最低位恒为 0

3.3 操作码（opcode）映射

opcode[6:0]	十六进制	格式	指令类别
0110111	0x37	U-type	LUI
0010111	0x17	U-type	AUIPC
1101111	0x6F	J-type	JAL
1100111	0x67	I-type	JALR
1100011	0x63	B-type	分支指令
0000011	0x03	I-type	加载指令
0100011	0x23	S-type	存储指令
0010011	0x13	I-type	立即数算术/逻辑
0110011	0x33	R-type	寄存器算术/逻辑
0001111	0x0F	I-type	FENCE
1110011	0x73	I-type	系统 / CSR

3.4 funct3 编码

算术/逻辑指令（opcode = 0x13 / 0x33）

funct3	R-type 指令	I-type 指令
000	ADD / SUB	ADDI
001	SLL	SLLI
010	SLT	SLTI
011	SLTU	SLTIU
100	XOR	XORI
101	SRL / SRA	SRLI / SRAI
110	OR	ORI
111	AND	ANDI

分支指令（opcode = 0x63）

funct3	指令	条件
000	BEQ	rs1 == rs2
001	BNE	rs1 != rs2
100	BLT	rs1 < rs2（有符号）
101	BGE	rs1 >= rs2（有符号）
110	BLTU	rs1 < rs2（无符号）
111	BGEU	rs1 >= rs2（无符号）

加载指令（opcode = 0x03）

funct3	指令	宽度	扩展方式
000	LB	8 位	符号扩展
001	LH	16 位	符号扩展
010	LW	32 位	—
100	LBU	8 位	零扩展
101	LHU	16 位	零扩展

存储指令（opcode = 0x23）

funct3	指令	宽度
000	SB	8 位
001	SH	16 位
010	SW	32 位

四、RV32I 指令完整列表

4.1 算术指令

寄存器-寄存器（R-type）

指令	语法	操作	说明
ADD	`add rd, rs1, rs2`	rd ← rs1 + rs2	有符号加法
SUB	`sub rd, rs1, rs2`	rd ← rs1 - rs2	有符号减法

立即数算术（I-type）

指令	语法	操作	说明
ADDI	`addi rd, rs1, imm`	rd ← rs1 + sext(imm)	加立即数（12 位有符号）

高位立即数（U-type）

指令	语法	操作	说明
LUI	`lui rd, imm`	rd ← imm << 12	20 位立即数加载到高 20 位
AUIPC	`auipc rd, imm`	rd ← PC + (imm << 12)	PC 相对高位加载

加载 32 位常数示例：

lui  a0, 0x12345       # a0 = 0x12345000
addi a0, a0, 0x678     # a0 = 0x12345678

注意： RV32I 没有 MUL、DIV、REM 指令，这些属于 M 扩展。

4.2 逻辑指令

指令	语法	操作
AND	`and rd, rs1, rs2`	rd ← rs1 & rs2
OR	`or rd, rs1, rs2`	rd ← rs1 \| rs2
XOR	`xor rd, rs1, rs2`	rd ← rs1 ^ rs2
ANDI	`andi rd, rs1, imm`	rd ← rs1 & sext(imm)
ORI	`ori rd, rs1, imm`	rd ← rs1 \| sext(imm)
XORI	`xori rd, rs1, imm`	rd ← rs1 ^ sext(imm)

特殊用法：

xori rd, rs, -1 等价于按位取反（NOT）
andi rd, rs, 0xFF 可用于提取低 8 位
andi rd, rs, 1 可用于判断奇偶

4.3 移位指令

指令	语法	操作	说明
SLL	`sll rd, rs1, rs2`	rd ← rs1 << rs2[4:0]	逻辑左移
SRL	`srl rd, rs1, rs2`	rd ← rs1 >> rs2[4:0]	逻辑右移（补 0）
SRA	`sra rd, rs1, rs2`	rd ← rs1 >>> rs2[4:0]	算术右移（补符号位）
SLLI	`slli rd, rs1, shamt`	rd ← rs1 << shamt	立即数逻辑左移
SRLI	`srli rd, rs1, shamt`	rd ← rs1 >> shamt	立即数逻辑右移
SRAI	`srai rd, rs1, shamt`	rd ← rs1 >>> shamt	立即数算术右移

移位量仅使用低 5 位（0–31）
SRAI 通过 funct7 的最高位（bit 30 = 1）与 SRLI（bit 30 = 0）区分

常见移位技巧：

slli a0, a0, 1     # a0 = a0 * 2
slli a0, a0, 3     # a0 = a0 * 8
srli a0, a0, 2     # a0 = a0 / 4（无符号）
srai a0, a0, 2     # a0 = a0 / 4（有符号，向负无穷取整）

4.4 比较指令

指令	语法	操作	说明
SLT	`slt rd, rs1, rs2`	rd ← (rs1 < rs2) ? 1 : 0	有符号比较
SLTU	`sltu rd, rs1, rs2`	rd ← (rs1 < rs2) ? 1 : 0	无符号比较
SLTI	`slti rd, rs1, imm`	rd ← (rs1 < sext(imm)) ? 1 : 0	有符号立即数比较
SLTIU	`sltiu rd, rs1, imm`	rd ← (rs1 < sext(imm)) ? 1 : 0	无符号立即数比较

注意： SLTIU 的立即数先符号扩展，然后按无符号数比较。

4.5 分支指令（B-type）

分支指令比较两个寄存器，若条件成立则跳转到 PC + offset。

指令	语法	跳转条件
BEQ	`beq rs1, rs2, offset`	rs1 == rs2
BNE	`bne rs1, rs2, offset`	rs1 != rs2
BLT	`blt rs1, rs2, offset`	rs1 < rs2（有符号）
BGE	`bge rs1, rs2, offset`	rs1 >= rs2（有符号）
BLTU	`bltu rs1, rs2, offset`	rs1 < rs2（无符号）
BGEU	`bgeu rs1, rs2, offset`	rs1 >= rs2（无符号）

偏移量范围：±4KB（12 位有符号，最低位恒为 0，步长 2 字节）
没有"大于"和"小于等于"指令，通过交换操作数实现：
- bgt rs1, rs2, offset → blt rs2, rs1, offset
- ble rs1, rs2, offset → bge rs2, rs1, offset

循环示例：

    li   t0, 0          # sum = 0
    li   t1, 1          # i = 1
    li   t2, 101        # 上界 + 1
loop:
    bge  t1, t2, done   # if (i >= 101) break
    add  t0, t0, t1     # sum += i
    addi t1, t1, 1      # i++
    j    loop            # 无条件跳回
done:
    # t0 = 5050 (1+2+...+100)

4.6 跳转指令

JAL（Jump And Link）— J-type

指令	语法	操作
JAL	`jal rd, offset`	rd ← PC+4; PC ← PC + sext(offset)

偏移量范围：±1MB（20 位有符号，最低位恒为 0）
典型用法：jal ra, label — 调用函数，返回地址存入 ra

JALR（Jump And Link Register）— I-type

指令	语法	操作
JALR	`jalr rd, rs1, imm`	rd ← PC+4; PC ← (rs1 + sext(imm)) & ~1

跳转目标 = rs1 + 立即数，最低位清零（保证 2 字节对齐）
典型用法：
- 函数返回：jalr x0, 0(ra)
- 间接调用：jalr ra, 0(a0)
- 函数指针调用

4.7 加载指令（I-type）

指令	语法	操作
LB	`lb rd, imm(rs1)`	rd ← sext(M[rs1+imm][7:0])
LBU	`lbu rd, imm(rs1)`	rd ← zext(M[rs1+imm][7:0])
LH	`lh rd, imm(rs1)`	rd ← sext(M[rs1+imm][15:0])
LHU	`lhu rd, imm(rs1)`	rd ← zext(M[rs1+imm][15:0])
LW	`lw rd, imm(rs1)`	rd ← M[rs1+imm][31:0]

偏移量：12 位有符号（-2048 ~ +2047）
LB/LH 符号扩展到 32 位，LBU/LHU 零扩展

4.8 存储指令（S-type）

指令	语法	操作
SB	`sb rs2, imm(rs1)`	M[rs1+imm][7:0] ← rs2[7:0]
SH	`sh rs2, imm(rs1)`	M[rs1+imm][15:0] ← rs2[15:0]
SW	`sw rs2, imm(rs1)`	M[rs1+imm][31:0] ← rs2[31:0]

偏移量：12 位有符号（-2048 ~ +2047）

4.9 系统指令

指令	语法	说明
ECALL	`ecall`	环境调用（系统调用），陷入操作系统
EBREAK	`ebreak`	断点异常，用于调试器
FENCE	`fence pred, succ`	内存屏障，保证多核内存一致性
FENCE.I	`fence.i`	指令缓存同步，用于自修改代码

系统调用约定（Linux RISC-V）：

# write(1, buffer, length)
li   a7, 64          # 系统调用号 64 = write
li   a0, 1           # fd = stdout
la   a1, buffer      # 缓冲区地址
li   a2, 13          # 长度
ecall                # 陷入内核
# 返回值在 a0 中

4.10 CSR 指令

CSR（Control and Status Register）用于访问特权寄存器。

指令	语法	操作
CSRRW	`csrrw rd, csr, rs1`	rd ← CSR; CSR ← rs1
CSRRS	`csrrs rd, csr, rs1`	rd ← CSR; CSR ← CSR \| rs1
CSRRC	`csrrc rd, csr, rs1`	rd ← CSR; CSR ← CSR & ~rs1
CSRRWI	`csrrwi rd, csr, uimm`	rd ← CSR; CSR ← uimm（5 位）
CSRRSI	`csrrsi rd, csr, uimm`	rd ← CSR; CSR ← CSR \| uimm
CSRRCI	`csrrci rd, csr, uimm`	rd ← CSR; CSR ← CSR & ~uimm

常用 CSR 寄存器：

地址	名称	说明
0x000	ustatus	用户模式状态
0x005	utvec	用户模式陷阱向量基址
0x041	uepc	用户模式异常 PC
0x042	ucause	用户模式异常原因
0x043	utval	用户模式异常附加信息
0x044	uip	用户模式中断挂起
0x100	sstatus	监管者模式状态
0x104	sie	监管者中断使能
0x105	stvec	监管者陷阱向量
0x141	sepc	监管者异常 PC
0x142	scause	监管者异常原因
0x143	stval	监管者异常附加信息
0x144	sip	监管者中断挂起
0x180	satp	监管者地址转换与保护
0x300	mstatus	机器模式状态
0x301	misa	ISA 能力寄存器
0x302	medeleg	机器异常委托
0x303	mideleg	机器中断委托
0x304	mie	机器中断使能
0x305	mtvec	机器陷阱向量
0x340	mscratch	机器临时寄存器
0x341	mepc	机器异常 PC
0x342	mcause	机器异常原因
0x343	mtval	机器异常附加信息
0x344	mip	机器中断挂起
0xB00	mcycle	周期计数器（低 32 位）
0xB02	minstret	退休指令计数器（低 32 位）
0xB80	mcycleh	周期计数器（高 32 位）
0xB82	minstreth	退休指令计数器（高 32 位）
0xF11	mvendorid	厂商 ID
0xF12	marchid	架构 ID
0xF13	mimpid	实现 ID
0xF14	mhartid	硬件线程 ID

五、完整伪指令表

伪指令由汇编器展开为一条或多条真实指令。

5.1 数据传输伪指令

伪指令	展开形式	说明
`NOP`	`addi x0, x0, 0`	空操作
`LI rd, imm`	`addi` 或 `lui`+`addi`	加载立即数（自动选择最短序列）
`MV rd, rs`	`addi rd, rs, 0`	寄存器复制
`NOT rd, rs`	`xori rd, rs, -1`	按位取反
`NEG rd, rs`	`sub rd, x0, rs`	算术取反
`NEGW rd, rs`	`subw rd, x0, rs`	算术取反（RV64，32 位）
`SEXT.W rd, rs`	`addiw rd, rs, 0`	符号扩展字（RV64）

5.2 算术伪指令

伪指令	展开形式	说明
`SEQZ rd, rs`	`sltiu rd, rs, 1`	rs == 0 时 rd = 1
`SNEZ rd, rs`	`sltu rd, x0, rs`	rs != 0 时 rd = 1
`SLTZ rd, rs`	`slt rd, rs, x0`	rs < 0 时 rd = 1
`SGTZ rd, rs`	`slt rd, x0, rs`	rs > 0 时 rd = 1

5.3 分支伪指令

伪指令	展开形式	说明
`BEQZ rs, offset`	`beq rs, x0, offset`	rs == 0 时跳转
`BNEZ rs, offset`	`bne rs, x0, offset`	rs != 0 时跳转
`BLEZ rs, offset`	`bge x0, rs, offset`	rs <= 0 时跳转
`BGEZ rs, offset`	`bge rs, x0, offset`	rs >= 0 时跳转
`BLTZ rs, offset`	`blt rs, x0, offset`	rs < 0 时跳转
`BGTZ rs, offset`	`blt x0, rs, offset`	rs > 0 时跳转
`BGT rs1, rs2, offset`	`blt rs2, rs1, offset`	rs1 > rs2（有符号）
`BLE rs1, rs2, offset`	`bge rs2, rs1, offset`	rs1 <= rs2（有符号）
`BGTU rs1, rs2, offset`	`bltu rs2, rs1, offset`	rs1 > rs2（无符号）
`BLEU rs1, rs2, offset`	`bgeu rs2, rs1, offset`	rs1 <= rs2（无符号）

5.4 跳转伪指令

伪指令	展开形式	说明
`J offset`	`jal x0, offset`	无条件跳转（不保存返回地址）
`JAL offset`	`jal ra, offset`	调用函数（保存返回地址到 ra）
`JR rs`	`jalr x0, 0(rs)`	寄存器间接跳转
`JALR rs`	`jalr ra, 0(rs)`	寄存器间接调用
`RET`	`jalr x0, 0(ra)`	函数返回
`CALL offset`	`auipc ra, offset_hi` + `jalr ra, ra, offset_lo`	长距离函数调用
`TAIL offset`	`auipc t0, offset_hi` + `jalr x0, t0, offset_lo`	尾调用（不保存返回地址）
`LA rd, symbol`	`auipc rd, offset_hi` + `addi/lw rd, rd, offset_lo`	加载符号地址

5.5 CSR 伪指令

伪指令	展开形式	说明
`CSRR rd, csr`	`csrrs rd, csr, x0`	读取 CSR
`CSRW csr, rs`	`csrrw x0, csr, rs`	写入 CSR
`CSRS csr, rs`	`csrrs x0, csr, rs`	置位 CSR 位
`CSRC csr, rs`	`csrrc x0, csr, rs`	清除 CSR 位
`CSRWI csr, uimm`	`csrrwi x0, csr, uimm`	立即数写入 CSR
`CSRSI csr, uimm`	`csrrsi x0, csr, uimm`	立即数置位 CSR
`CSRCI csr, uimm`	`csrrci x0, csr, uimm`	立即数清除 CSR
`RDCYCLE rd`	`csrrs rd, cycle, x0`	读周期计数器
`RDTIME rd`	`csrrs rd, time, x0`	读时间计数器
`RDINSTRET rd`	`csrrs rd, instret, x0`	读退休指令计数器

六、内存模型

6.1 内存布局（典型 Linux 用户空间）

高地址 0xFFFF_FFFF
┌─────────────────────┐
│      内核空间         │ ← 用户不可访问
├─────────────────────┤
│       栈 (Stack)     │ ← sp（向下增长）
│         ↓            │
│                     │
│    （空闲区域）       │
│                     │
│         ↑            │
│       堆 (Heap)      │ ← brk/sbrk（向上增长）
├─────────────────────┤
│  .bss（未初始化数据） │
├─────────────────────┤
│ .data（已初始化数据） │ ← gp 指向附近
├─────────────────────┤
│  .rodata（只读数据）  │
├─────────────────────┤
│   .text（代码段）     │ ← 程序入口
└─────────────────────┘
低地址 0x0000_0000

6.2 栈操作约定

# 函数序言（Prologue）
addi sp, sp, -N      # 分配 N 字节栈帧（N 必须 16 字节对齐）
sw   ra, (N-4)(sp)   # 保存返回地址
sw   s0, (N-8)(sp)   # 保存需要使用的 callee-saved 寄存器
...

# 函数尾声（Epilogue）
lw   ra, (N-4)(sp)   # 恢复返回地址
lw   s0, (N-8)(sp)   # 恢复 callee-saved 寄存器
addi sp, sp, N       # 释放栈帧
ret                   # 返回

七、特权模式

RISC-V 定义了 3 个特权级别：

级别	编码	名称	典型用途
0	00	User (U)	用户应用程序
1	01	Supervisor (S)	操作系统内核
3	11	Machine (M)	固件 / 引导程序

M 模式是所有实现必须支持的最低特权模式
嵌入式系统可仅使用 M 模式
Linux 系统通常使用 U/S/M 三级

特权指令

指令	可用模式	说明
ECALL	U, S, M	环境调用
EBREAK	U, S, M	断点
MRET	M	从机器模式陷阱返回
SRET	S, M	从监管者模式陷阱返回
WFI	S, M	等待中断（低功耗）
SFENCE.VMA	S, M	刷新 TLB

八、分支预测提示

RISC-V 规范不强制要求分支预测，但常见实现会采用：

静态预测：后向分支预测为跳转（循环），前向分支预测为不跳转
动态预测：BHT（Branch History Table）/ BTB（Branch Target Buffer）
RISC-V 的规整编码格式有利于快速分支目标计算

九、完整指令速查

9.1 按格式分类

格式	指令列表
R-type	ADD, SUB, SLL, SLT, SLTU, XOR, SRL, SRA, OR, AND
I-type	ADDI, SLTI, SLTIU, XORI, ORI, ANDI, SLLI, SRLI, SRAI, LB, LH, LW, LBU, LHU, JALR, ECALL, EBREAK, FENCE, FENCE.I, CSRRW, CSRRS, CSRRC, CSRRWI, CSRRSI, CSRRCI
S-type	SB, SH, SW
B-type	BEQ, BNE, BLT, BGE, BLTU, BGEU
U-type	LUI, AUIPC
J-type	JAL

9.2 按功能分类

┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│                   RV32I 指令集总览                       │
├──────────┬─────────────────────────────────────────────┤
│ 算术     │ ADD, SUB, ADDI, LUI, AUIPC                  │
├──────────┼─────────────────────────────────────────────┤
│ 逻辑     │ AND, OR, XOR, ANDI, ORI, XORI               │
├──────────┼─────────────────────────────────────────────┤
│ 移位     │ SLL, SRL, SRA, SLLI, SRLI, SRAI            │
├──────────┼─────────────────────────────────────────────┤
│ 比较     │ SLT, SLTU, SLTI, SLTIU                     │
├──────────┼─────────────────────────────────────────────┤
│ 分支     │ BEQ, BNE, BLT, BGE, BLTU, BGEU             │
├──────────┼─────────────────────────────────────────────┤
│ 跳转     │ JAL, JALR                                   │
├──────────┼─────────────────────────────────────────────┤
│ 加载     │ LB, LBU, LH, LHU, LW                       │
├──────────┼─────────────────────────────────────────────┤
│ 存储     │ SB, SH, SW                                  │
├──────────┼─────────────────────────────────────────────┤
│ 系统     │ ECALL, EBREAK, FENCE, FENCE.I               │
├──────────┼─────────────────────────────────────────────┤
│ CSR      │ CSRRW, CSRRS, CSRRC, CSRRWI, CSRRSI, CSRRCI│
└──────────┴─────────────────────────────────────────────┘

十、完整示例程序

10.1 计算数组元素之和

# int array_sum(int *arr, int n) {
#     int sum = 0;
#     for (int i = 0; i < n; i++)
#         sum += arr[i];
#     return sum;
# }
# 参数：a0 = arr 指针, a1 = n
# 返回值：a0 = sum

array_sum:
    li   t0, 0          # sum = 0
    li   t1, 0          # i = 0
.loop:
    bge  t1, t1, .done  # if (i >= n) break
    lw   t2, 0(a0)      # t2 = arr[i]
    add  t0, t0, t2     # sum += arr[i]
    addi a0, a0, 4      # arr++（int 为 4 字节）
    addi t1, t1, 1      # i++
    j    .loop
.done:
    mv   a0, t0         # 返回值 = sum
    ret

10.2 字符串长度

# int strlen(const char *s) {
#     int len = 0;
#     while (*s++) len++;
#     return len;
# }
# 参数：a0 = s
# 返回值：a0 = 长度

strlen:
    li   t0, 0          # len = 0
.loop:
    lb   t1, 0(a0)      # t1 = *s
    beq  t1, x0, .done  # if (*s == 0) break
    addi t0, t0, 1      # len++
    addi a0, a0, 1      # s++
    j    .loop
.done:
    mv   a0, t0         # 返回 len
    ret

10.3 递归阶乘

# int factorial(int n) {
#     if (n <= 1) return 1;
#     return n * factorial(n-1);
# }
# 参数：a0 = n
# 返回值：a0 = n!

factorial:
    addi sp, sp, -8     # 分配栈帧
    sw   ra, 4(sp)      # 保存返回地址
    sw   s0, 0(sp)      # 保存 s0

    mv   s0, a0         # s0 = n
    addi t0, x0, 1      # t0 = 1
    ble  a0, t0, .base  # if (n <= 1) goto base

    addi a0, s0, -1     # a0 = n - 1
    call factorial       # 递归调用
    # a0 = factorial(n-1)
    mul  a0, s0, a0     # a0 = n * factorial(n-1)（需要 M 扩展）
    # 若无 M 扩展，需用移位和加法实现乘法
    j    .epilogue

.base:
    li   a0, 1          # 返回 1

.epilogue:
    lw   s0, 0(sp)      # 恢复 s0
    lw   ra, 4(sp)      # 恢复返回地址
    addi sp, sp, 8      # 释放栈帧
    ret

10.4 系统调用示例（Linux）

.section .data
msg:
    .string "Hello, RISC-V!\n"

.section .text
.globl _start
_start:
    # write(1, msg, 15)
    li   a7, 64         # syscall: write
    li   a0, 1          # fd: stdout
    la   a1, msg        # buf: 消息地址
    li   a2, 15         # count: 15 字节
    ecall

    # exit(0)
    li   a7, 93         # syscall: exit
    li   a0, 0          # status: 0
    ecall

十一、与其他 RISC 架构对比

特性	RV32I	ARM (A32)	MIPS32	x86-32
指令长度	固定 32 位	固定 32 位	固定 32 位	变长 1–15 字节
通用寄存器	32 个	16 个	32 个	8 个
条件执行	分支指令	条件码	无	条件码
延迟槽	无	无	有（MIPS I）	无
零寄存器	x0 = 0	无	$zero = 0	无
编码复杂度	极低	中等	低	高
授权	开源免费	商业	商业	商业

附录：RV32I 指令编码汇总

指令      | opcode  | funct3 | funct7   | 格式
----------|---------|--------|----------|--------
LUI       | 0110111 |   —    |    —     | U
AUIPC     | 0010111 |   —    |    —     | U
JAL       | 1101111 |   —    |    —     | J
JALR      | 1100111 |  000   |    —     | I
BEQ       | 1100011 |  000   |    —     | B
BNE       | 1100011 |  001   |    —     | B
BLT       | 1100011 |  100   |    —     | B
BGE       | 1100011 |  101   |    —     | B
BLTU      | 1100011 |  110   |    —     | B
BGEU      | 1100011 |  111   |    —     | B
LB        | 0000011 |  000   |    —     | I
LH        | 0000011 |  001   |    —     | I
LW        | 0000011 |  010   |    —     | I
LBU       | 0000011 |  100   |    —     | I
LHU       | 0000011 |  101   |    —     | I
SB        | 0100011 |  000   |    —     | S
SH        | 0100011 |  001   |    —     | S
SW        | 0100011 |  010   |    —     | S
ADDI      | 0010011 |  000   |    —     | I
SLTI      | 0010011 |  010   |    —     | I
SLTIU     | 0010011 |  011   |    —     | I
XORI      | 0010011 |  100   |    —     | I
ORI       | 0010011 |  110   |    —     | I
ANDI      | 0010011 |  111   |    —     | I
SLLI      | 0010011 |  001   | 0000000  | I
SRLI      | 0010011 |  101   | 0000000  | I
SRAI      | 0010011 |  101   | 0100000  | I
ADD       | 0110011 |  000   | 0000000  | R
SUB       | 0110011 |  000   | 0100000  | R
SLL       | 0110011 |  001   | 0000000  | R
SLT       | 0110011 |  010   | 0000000  | R
SLTU      | 0110011 |  011   | 0000000  | R
XOR       | 0110011 |  100   | 0000000  | R
SRL       | 0110011 |  101   | 0000000  | R
SRA       | 0110011 |  101   | 0100000  | R
OR        | 0110011 |  110   | 0000000  | R
AND       | 0110011 |  111   | 0000000  | R
FENCE     | 0001111 |  000   |    —     | I
FENCE.I   | 0001111 |  001   |    —     | I
ECALL     | 1110011 |  000   | 0000000  | I
EBREAK    | 1110011 |  000   | 0000001  | I
CSRRW     | 1110011 |  001   |    —     | I
CSRRS     | 1110011 |  010   |    —     | I
CSRRC     | 1110011 |  011   |    —     | I
CSRRWI    | 1110011 |  101   |    —     | I
CSRRSI    | 1110011 |  110   |    —     | I
CSRRCI    | 1110011 |  111   |    —     | I

AtomGit开源社区

AtomGit 是由开放原子开源基金会联合 CSDN 等生态伙伴共同推出的新一代开源与人工智能协作平台。平台坚持“开放、中立、公益”的理念，把代码托管、模型共享、数据集托管、智能体开发体验和算力服务整合在一起，为开发者提供从开发、训练到部署的一站式体验。

更多推荐

多模态的端到端跃迁：SenseNova U1 原生图文交错生成能力与技术应用全景解析

AtomGit开源社区

API中转站横评：8个技术维度拆解词元无忧、硅基流动和One API

如果目标是「少改代码，尽快把主流模型接进业务」，先测词元无忧API。它的 OpenAI 兼容接入、主流模型覆盖、国内域名与结算方式，对开发者和企业团队都比较友好。如果目标是「模型服务平台化」或「国产/开源模型高吞吐推理」，硅基流动、云厂商方案要一起看。如果目标是「完全自主可控」，One API 可以自建，但需要接受运维成本。真正的选型不要停在表格。用同一批 prompt、同一组并发、同一套日志字段

AtomGit开源社区

把 SenseNova U1 接进 OpenClaw：API 对接、Skill 调度与一次完整出图实测

AtomGit开源社区

所有评论(0)

查看更多评论

木由里予

@qq_36035382

已为社区贡献2条内容

RISC-V 32 位基础指令集（RV32I）完整参考手册

木由里予

RISC-V 32 位基础指令集（RV32I）完整参考手册

一、架构概述

二、寄存器组详解

2.1 完整寄存器表

2.2 寄存器功能分组

2.3 各寄存器详细说明

2.4 Caller-saved 与 Callee-saved

2.5 函数调用示例

三、指令格式

3.1 六种基本格式

3.2 立即数编码说明

3.3 操作码（opcode）映射

3.4 funct3 编码

算术/逻辑指令（opcode = 0x13 / 0x33）

分支指令（opcode = 0x63）

加载指令（opcode = 0x03）

存储指令（opcode = 0x23）

四、RV32I 指令完整列表

4.1 算术指令

寄存器-寄存器（R-type）

立即数算术（I-type）

高位立即数（U-type）

4.2 逻辑指令

4.3 移位指令

4.4 比较指令

4.5 分支指令（B-type）

4.6 跳转指令

JAL（Jump And Link）— J-type

JALR（Jump And Link Register）— I-type

4.7 加载指令（I-type）

4.8 存储指令（S-type）

4.9 系统指令

4.10 CSR 指令

五、完整伪指令表

5.1 数据传输伪指令

5.2 算术伪指令

5.3 分支伪指令

5.4 跳转伪指令

5.5 CSR 伪指令

六、内存模型

6.1 内存布局（典型 Linux 用户空间）

6.2 栈操作约定

七、特权模式

特权指令

八、分支预测提示

九、完整指令速查

9.1 按格式分类

9.2 按功能分类

十、完整示例程序

10.1 计算数组元素之和

10.2 字符串长度

10.3 递归阶乘

10.4 系统调用示例（Linux）

十一、与其他 RISC 架构对比

附录：RV32I 指令编码汇总

所有评论(0)

温馨提示：您尚未绑定手机号

木由里予