RISC-V指令集架构------RV32F/RV32D浮点扩展指令集

0 概述

    RV32D和RV32F是RISC-V指令集架构中的浮点扩展指令，用于支持浮点运算。其中，RV32D是双精度浮点扩展指令，而RV32F是单精度浮点扩展指令。在RISC-V中，浮点扩展指令是可选的，需要根据具体应用场景来选择是否使用。如果应用场景需要进行浮点运算，那么就需要使用RV32D和RV32F指令集扩展。

    RV32F指令集扩展提供了32位单精度浮点数的基本运算，如加、减、乘、除等。它的指令集包括了浮点寄存器的读取和存储、浮点数的转换、比较、条件分支等指令。它的寄存器长度为32位，可以存储单精度浮点数。RV32D指令集扩展提供了双精度浮点数的基本运算，如加、减、乘、除等。它的指令集也包括了浮点寄存器的读取和存储、浮点数的转换、比较、条件分支等指令。它的寄存器长度为64位，可以存储双精度浮点数。

    需要注意的是，在使用RV32D和RV32F指令集扩展时，需要使用特定的浮点寄存器，而不是通用的整数寄存器。浮点寄存器的数量也是有限的，需要根据具体应用场景来确定所需的寄存器数量。总的，RV32D和RV32F指令集扩展为RISC-V提供了更加全面的浮点运算支持，能够满足更加复杂的应用场景需求。

1 浮点寄存器

    对于浮点扩展指令集RV32F/RV32D来说，其使用的是32个独立的f寄存器而不是RV32I中的x寄存器。使用两组寄存器的主要原因是：处理器在不增加RISC-V指令格式中寄存器描述符所占空间的情况下使用两组寄存器来将寄存器容量和带宽乘2，这可以提高处理器性能。但同时使用两组寄存器也使得RISC-V：

• 必须添加新的指令来加载和存储数据f寄存器；
• 需要添加新的指令用于在x和f寄存器之间传递数据。

特别的，如果处理器同时支持RV32F和RV32D扩展，则单精度数据仅使用f寄存器中的低32位。另外，浮点寄存器f0不再是常量0而是和其他f寄存器一样是一个可变寄存器。

    浮点f寄存器与基础整数指令集中的x寄存器如下：

 2 RV32F/RV32D指令集概述

    RV32D和RV32F的指令集有异步指令重合，比如x寄存器与f寄存器数据传递指令。另外也有类似的如加减乘除类指令，总的可以分为以下几类：

• 加载/存储指令：flw、fld、fsw、fsd
• 标准算数指令：fadd.s、fadd.d、fsub.s、fsub.d、fmul.s、fmul.d、fdiv.s、fdiv.d、fsqrt.s、fsqrt.d
• R4指令（多算数操作指令）：fmadd.s、fmadd.d、fmsub.s、fmsub.d、fnmadd.s、fnmadd.d、fnmsub.s、fnmsub.d
• 最大值最小值指令：fmin.s、fmin.d、fmax.s、fmax.d
• 比较指令：feq.s、feq.d、flt.s、flt.d、fle.s、fle.d
• 分类指令：fclass.s、fclass.d
• 浮点注入指令：fsgnj.s、fsgnj.d、fsgnjn.s、fsgnjn.d、fsgnjx.s、fsgnjx.d
• 浮点转换指令：fcvt.s.w、fcvt.d.w、fcvt.s.wu、fcvt.d.wu、fcvt.w.s、fcvt.w.d、fcvt.wu.s、fcvt.wu.d、fcvt.s.d、fcvt.d.s
• 浮点搬运指令：fmv.x.w、fmv.w.x

 将RV32D和RV32F指令以表格的形式表示如下：

2 RV32D/RV32F指令集详细介绍

2.1 加载/存储指令

2.1.1 FLW指令（flw rd,offset(rs1)）

f[rd] = M[x[rs1] + sext(offset)][31:0]

• 浮点加载字（Floating-point Load Word），从内存地址x[rs1]+sign-extend(offset)中取单精度浮点数，写入f[rd]。

2.1.2 FLD指令（fld rd,offset(rs1)）

f[rd] = M[x[rs1] + sext(offset)][63:0]

• 浮点数加载双字（Floating-point Load Doubleword），从内存地址x[rs1]+sign-extend(offset)中取双精度浮点数，写入f[rd]。

2.1.3 FSW指令（fsw rs2,offset(rs1)）

M[x[rs1] + sext(offset)] = f[rs2][31:0]

• 单精度浮点存储（Floating-point Store Word），将寄存器f[rs2]中的单精度浮点数存入内存地址x[rs1]+sign-extend(offset)。

2.1.4 FSD指令（fsd rs2,offset(rs1)）

M[x[rs1] + sext(offset)] = f[rs2][63:0]

• 双精度浮点存储（Floating-point Store Doubleword），将寄存器f[rs2]中的双精度浮点数存入内存地址x[rs1]+sign-extend(offset)。

2.2 标准算数指令

2.2.1 FADD.S指令（fadd.s rd,rs1,rs2）

f [rd] = f [rs1] + f [rs2]

• 单精度浮点加（Floating-point Add, Single-Precision），把寄存器f[rs1]和f[rs2]中的单精度浮点数相加，舍入后写入f[rd]。

2.2.2 FADD.D指令（fadd.d rd,rs1,rs2）

f [rd] = f [rs1] + f [rs2]

• 双精度浮点加（Floating-point Add, Double-Precision），把寄存器f[rs1]和f[rs2]中的双精度浮点数相加，舍入后写入f[rd]。

2.2.3 FSUB.S指令（fsub.s rd,rs1,rs2）

f[rd] = f[rs1] - f[rs2]

• 单精度浮点减（Floating-point Subtract, Single-Precision），把寄存器f[rs1]和f[rs2]中的单精度浮点数相减，并将舍入后的差写入f[rd]。

2.2.4 FSUB.D指令（fsub.d rd,rs1,rs2）

f[rd] = f[rs1] - f[rs2]

• 双精度浮点减（Floating-point Subtract, Double-Precision），把寄存器f[rs1]和f[rs2]中的双精度浮点数相减，并将舍入后的差写入f[rd]。

2.2.5 FMUL.S指令（fmul.s rd,rs1,rs2）

f[rd] = f[rs1] × f[rs2]

• 单精度浮点乘（Floating-point Multiply, Single-Precision），把寄存器f[rs1]和f[rs2]中的单精度浮点数相乘，将舍入后的单精度结果写入f[rd]中。

2.2.6 FMUL.D指令（fmul.d rd,rs1,rs2）

f[rd] = f[rs1] × f[rs2]

• 双精度浮点乘（Floating-point Multiply, Double-Precision），把寄存器f[rs1]和f[rs2]中的双精度浮点数相乘，将舍入后的单精度结果写入f[rd]中。

2.2.7 FDIV.S指令（fdiv.s rd,rs1,rs2）

f[rd] = f[rs1] ÷ f[rs2]

• 单精度浮点除法（Floating-point Divide, Single-Precision），把寄存器f[rs1]和f[rs2]中的单精度浮点数相除，并将舍入后的商写入f[rd]。

2.2.8 FDIV.D指令（fdiv.d rd,rs1,rs2）

f[rd] = f[rs1] ÷ f[rs2]

• 双精度浮点数除法（Floating-point Divide, Double-Precision），把寄存器f[rs1]和f[rs2]中的双精度浮点数相除，并将舍入后的商写入f[rd]。

2.2.9 FSQRT.S指令（fsqrt.s rd,rs1）

f[rd] =√f[rs1]

• 单精度浮点平方根（Floating-point Square Root, Single-Precision），将f[rs1]中的单精度浮点数的平方根舍入和写入f[rd]。

2.2.10 FSQRT.D指令（fsqrt.d rd,rs1）

f[rd] =√f[rs1]

• 双精度浮点平方根（Floating-point Square Root, Double-Precision），将f[rs1]中的双精度浮点数的平方根舍入和写入f[rd]。

2.3 R4指令

2.3.1 FMADD.S指令（fmadd.s rd,rs1,rs2,rs3）

f[rd] = f[rs1]×f[rs2]+f[rs3]

• 单精度浮点乘加（Floating-point Fused Multiply-Add, Single-Precision），把寄存器f[rs1]和f[rs2]中的单精度浮点数相乘，并将未舍入的积和寄存器f[rs3]中的单精度负担书相加，将舍入后的单精度浮点数写入f[rd]。

2.3.2 FMADD.D指令（fmadd.d rd,rs1,rs2,rs3）

f[rd] = f[rs1]×f[rs2]+f[rs3]

• 双精度浮点乘加（Floating-point Fused Multiply-Add, Double-Precision），把寄存器f[rs1]和f[rs2]中的双精度浮点数相乘，并将未舍入的积和寄存器f[rs3]中的双精度负担书相加，将舍入后的单精度浮点数写入f[rd]。

2.3.3 FMSUB.S指令（fmsub.s rd,rs1,rs2,rs3）

f[rd] = f[rs1]×f[rs2]-f[rs3]

• 单精度浮点数乘减（Floating-point Fused Multiply-Subtarct, Single-Precision），把寄存器f[rs1]和f[rs2]中的单精度浮点数相乘，并将未舍入的积减去寄存器f[rs3]中的单精度浮点数，将舍入后的单精度浮点数写入f[rd]。

2.3.4 FMSUB.D指令（fmsub.d rd,rs1,rs2,rs3）

f[rd] = f[rs1]×f[rs2]-f[rs3]

• 双精度浮点乘减（Floating-point Fused Multiply-Subtract, Double-Precision），把寄存器f[rs1]和f[rs2]中的双精度浮点数相乘，并将未舍入的积减去寄存器f[rs3]中的双精度浮点数，将舍入后的双精度浮点数写入f[rd]。

2.3.5 FNMADD.S指令（fnmadd.s rd,rs1,rs2,rs3）

f[rd] = -f[rs1]_f[rs2]-f[rs3]

• 单精度浮点乘取反加（Floating-point Fused Negative Multiply-Add, Single-Precision），把寄存器f[rs1]和f[rs2]中的单精度浮点数相乘，将结果取反，并将未舍入的积和寄存器f[rs3]中的单精度浮点数相加，后将舍入的单精度浮点数写入f[rd]。

2.3.6FNMADD.D指令（fnmadd.d rd,rs1,rs2,rs3）

f[rd] = -f[rs1]_f[rs2]+f[rs3]

• 双精度浮点乘取反加（Floating-point Fused Negative Multiply-Add, Double-Precision），把寄存器f[rs1]和f[rs2]中的双精度浮点数相乘，将结果取反，并将未舍入的积和寄存器f[rs3]中的双精度浮点数相加，后将舍入的双精度浮点数写入f[rd]。

2.3.7 FNMSUB.S指令（fnmsub.s rd,rs1,rs2,rs3）

f[rd] = -f[rs1]×f[rs2]+f[rs3]

• 单精度浮点乘取反减（Floating-point Fused Negative Multiply-Subtract, Single-Precision），把寄存器f[rs1]和f[rs2]中的单精度浮点数相乘，将结果取反，并将未舍入的积减去寄存器f[rs3]中的单精度浮点数，将舍入后的单精度浮点数写入f[rd]。

2.3.8 FNMSUB.D指令（fnmsub.d rd,rs1,rs2,rs3）

f[rd] = -f[rs1]_f[rs2]+f[rs3]

• 双精度浮点乘取反减（Floating-point Fused Negative Multiply-Subtract, Double-Precision），把寄存器f[rs1]和f[rs2]中的双精度浮点数相乘，将结果取反，并将未舍入的积减去寄存器f[rs3]中的双精度浮点数，将舍入后的双精度浮点数写入f[rd]。

2.4 最大值最小值指令

2.4.1 FMIN.S指令（fmin.s rd,rs1,rs2）

f[rd] = min(f[rs1], f[rs2])

• 单精度浮点最小值（Floating-point Minimum, Single-Precision），把寄存器f[rs1]和f[rs2]中的单精度浮点数中的较小值写入f[rd]中。

2.4.2 FMIN.D指令（fmin.d rd,rs1,rs2）

f[rd] = min(f[rs1], f[rs2])

• 双精度浮点最小值（Floating-point Minimum, Double-Precision），把寄存器f[rs1]和f[rs2]中的双精度浮点数中的较小值写入f[rd]中。

2.4.3 FMAX.S指令（fmax.s rd,rs1,rs2）

f[rd] = max(f[rs1], f[rs2])

• 单精度浮点最大值（Floating-point Maximum, Single-Precision），把寄存器f[rs1]和f[rs2]中的单精度浮点数中的较大值写入f[rd]中。

2.4.4 FMAX.D指令（fmax.d rd,rs1,rs2）

f[rd] = max(f[rs1], f[rs2])

• 双精度浮点最大值（Floating-point Maximum, Double-Precision），把寄存器f[rs1]和f[rs2]中的双精度浮点数中的较大值写入f[rd]中。

2.5 比较指令

2.5.1 FEQ.S指令（feq.s rd,rs1,rs2）

x[rd] = f[rs1] == f[rs2]

• 单精度浮点相等（Floating-point Equals, Single-Precision），如果寄存器f[rs1]和f[rs2]中的单精度浮点数相等，则在x[rd]中写入1，反之写入0。

2.5.2 FEQ.D指令（fea.d rd,rs1,rs2）

x[rd] = f[rs1] == f[rs2]

• 双精度浮点相等（Floating-point Equals, Double-Precision），如果寄存器f[rs1]和f[rs2]中的双精度浮点数相等，则在x[rd]中写入1，反之写入0。

2.5.3 FLT.S指令（flt.s rd,rs1,rs2）

x[rd] = f[rs1] < f[rs2]

• 单精度浮点小于（Floating-point Less Than, Single-Precision），如果寄存器f[rs1]中的单精度浮点数小于f[rs2]中的单精度浮点数，则在x[rd]中写入1，反之写入0。

2.5.4 FLT.D指令（flt.d rd,rs1,rs2）

x[rd] = f[rs1] < f[rs2]

• 双精度浮点小于（Floating-point Less Than, Double-Precision），如果寄存器f[rs1]中的双精度浮点数小于f[rs2]中的双精度浮点数，则在x[rd]中写入1，反之写入0。

2.5.5 FLE.S指令（fle.s rd,rs1,rs2）

x[rd] = f[rs1] ≤ f[rs2]

• 单精度浮点小于等于（Floating-point Less Than or Equal, Single-Precision），如果寄存器f[rs1]中的单精度浮点小于等于f[rs2]中的单精度浮点数，则在x[rd]中写入1，反之写入0。

2.5.6 FLE.D指令（fle.d rd,rs1,rs2）

x[rd] = f[rs1] ≤ f[rs2]

• 双精度浮点小于等于（Floating-point Less Than or Equal, Double-Precision），如果寄存器f[rs1]中的双精度浮点小于等于f[rs2]中的双精度浮点数，则在x[rd]中写入1，反之写入0。

2.6 分类指令

2.6.1 FCLASS.S指令（fclass.s rd,rs1）

x[rd] = classifys(f[rs1])

• 单精度浮点分类（Floating-point Classify, Single-Precision），把一个表示寄存器f[rs1]中单精度浮点数类别的掩码写入x[rd]中。x[rd]中有且仅有一位被置位：

2.6.2 FCLASS.D（fclass.d rd,rs1）

x[rd] = classifyd(f[rs1])

• 双精度浮点分类（Floating-point Classify, Double-Precision），把一个表示寄存器f[rs1]中双精度浮点数类别的掩码写入x[rd]中。与fclass.s写入规则一致。

2.7 浮点注入指令

2.7.1 FSGNJ.S指令（fsgnj.s rd,rs1,rs2）

f[rd] = {f[rs2][31], f[rs1][30:0]}

• 单精度浮点符号注入（Floating-point Sign Inject, Single-Precision），使用f[rs1]的指数位和小数位以及f[rs2]的符号位，来构造一个新的单精度浮点数，并将其写入f[rd]。

2.7.2 FSGNJ.D指令（fsgnj.s rd,rs1,rs2）

f[rd] = {f[rs2][63], f[rs1][62:0]}

• 双精度浮点符号注入（Floating-point Sign Inject, Double-Precision），使用f[rs1]的指数位和小数位以及f[rs2]的符号位，来构造一个新的双精度浮点数，并将其写入f[rd]。

2.7.3 FSGNJN.S指令（fsgnjn.s rd,rs1,rs2）

f[rd] = {~f[rs2][31], f[rs1][30:0]}

• 单精度浮点符号取反注入（Floating-point Sign Inject-Negate, Single-Precision），用f[rs1]的指数位和小数位以及f[rs2]的符号位取反，来构造一个新的单精度浮点数，并将其写入f[rd]。

2.7.4 FSGNJN.D指令（fsgnjn.d rd,rs1,rs2）

f[rd] = {~f[rs2][63], f[rs1][62:0]}

• 双精度浮点符号取反注入（Floating-point Sign Inject-Negate, Double-Precision），用f[rs1]的指数位和小数位以及f[rs2]的符号位取反，来构造一个新的双精度浮点数，并将其写入f[rd]。

2.7.5 FSGNJX.S指令（fsgnjx.s rd,rs1,rs2）

f[rd] = {f[rs1][31] ^ f[rs2][31], f[rs1][30:0]}

• 单精度浮点符号异或注入（Floating-point Sign Inject-XOR, Single-Precision），用f[rs1]的指数位和小数位以及f[rs1]和f[rs2]的符号位的异或，来构成一个新的单精度浮点数，并将其写入f[rd]。

2.7.6 FSGNJX.D指令（fsgnjx.d rd,rs1,rs2）

f[rd] = {f[rs1][63] ^ f[rs2][63], f[rs1][62:0]}

• 双精度浮点符号异或注入（Floating-point Sign Inject-XOR, Double-Precision），用f[rs1]指数和小数位以及f[rs1]和f[rs2]的符号位的异或，来构成一个新的双精度浮点数，并将其写入f[rd]。

2.8 浮点转换指令

2.8.1 FCVT.S.W指令（fcvt.s.w rd,rs1）

f[rd] = f32s32(x[rs1])

• 字向单精度浮点转换（Floating-point Convert to Single from Word），把寄存器x[rs1]中的32位二进制补码表示的整数转化为单精度浮点数，再写入f[rd]中。

2.8.2 FCVT.D.W指令（fcvt.d.w rd,rs1）

f[rd] = f64s32(x[rs1])

• 字向双精度浮点转换（Floating-point Convert to Double from Word），把寄存器x[rs1]中的32位二进制补码表示的整数转化为双精度浮点数，再写入f[rd]中。

2.8.3 FCVT.S.WU指令（fcvt.s.wu rd,rs1）

f[rd] = f32u32(x[rs1])

• 无符号字向单精度浮点转换（Floating-point Convert to Single from Unsigned Word），把寄存器x[rs1]中的32位无符号整数转化为单精度浮点数，写入f[rd]中。

2.8.4 FCVT.D.WU指令（fcvt.d.wu rd,rs1）

f[rd] = f64u32(x[rs1])

• 无符号字向双精度浮点转换（Floating-point Convert to Double from Unsigned Word），把寄存器x[rs1]中的32位无符号整数转化为双精度浮点数，写入f[rd]中。

2.8.5 FCVT.W.S指令（fcvt.w.s rd,rs1）

x[rd] = sext(s32f32(f[rs1]))

• 单精度浮点向字转换（Floating-point Convert to Word from Single），把寄存器f[rs1]中的单精度浮点转换为32位二进制补码表示的整数，再写入x[rd]。

2.8.6 FCVT.W.D指令（fcvt.w.d rd,rs1）

x[rd] = sext(s32f64(f[rs1]))

• 双精度浮点向字转换（Floating-point Convert to Word from Double），把寄存器f[rs1]中的双精度浮点转换为32位二进制补码表示的整数，再写入x[rd]。

2.8.7 FCVT.WU.S指令（fcvt.wu.s rd,rs1）

x[rd] = sext(u32f32(f[rs1]))

• 单精度浮点向无符号字转换（Floating-point Convert to Unsigned Word from Single），把寄存器f[rs1]中的单精度浮点数转换为32位无符号整数，再写入x[rd]中。

2.8.8 FCVT.WU.D指令（fcvt.wu.d rd,rs1）

x[rd] = sext(u32f64(f[rs1]))

• 双精度浮点向无符号字转换（Floating-point Convert to Unsigned Word from Double），把寄存器f[rs1]中的双精度浮点数转换为32位无符号整数，再写入x[rd]中。

2.8.9 FCVT.S.D指令（fcvt.s.d rd,rs1,rs2）

f[rd] = f32f64(f[rs1])

• 双精度向单精度浮点转换（Floating-point Convert to Single from Double），把寄存器f[rs1]中的双精度浮点数转换为单精度浮点数，写入f[rd]中。

2.8.10 FCVT.D.S指令（fcvt.d.s rd,rs1,rs2）

f[rd] = f64f32(f[rs1])

• 单精度向双精度浮点转换（Floating-point Convert to Double from Single），把寄存器f[rs1]中的单精度浮点数转换为双精度浮点数，写入f[rd]中。

2.9 浮点搬运指令

2.9.1 FMV.X.W指令（fmv.x.w rd,rs1）

x[rd] = sext(f[rs1][31:0])

• 单精度浮点移动（Floating-point Move Word to Integer），把寄存器f[rs1]中的单精度浮点数赋值到x[rd]中，对于RV64F，将结果进行符号位扩展。

2.9.2 FMV.W.X（fmv.w.x rd,rs1）

f[rd] = x[rs1][31:0]

• 单精度浮点移动（Floating-point Move Word from Integer），把寄存器x[rs1]中的单精度浮点数赋值到f[rd]中。

 文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-474411.html

到了这里，关于RISC-V指令集架构------RV32F/RV32D浮点扩展指令集的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！