? RISC-V 是一個(gè)最新的，清晰的，簡約的，開源的 ISA，它以過去 ISA 所犯過的錯(cuò)誤為鑒。RISC-V 架構(gòu)師的目標(biāo)是讓它在從最小的到最快的所有計(jì)算設(shè)備上都能有效工作。遵循馮諾依曼 70 年前的建議，這個(gè) ISA 強(qiáng)調(diào)簡潔性來保證它的低成本，同時(shí)有著大量的寄存器和透明的指令執(zhí)行速度，從而幫助編譯器和匯編語言程序員將實(shí)際的重要問題轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)母咝Тa。 本文來自“RISC-V手冊(cè)開源指令集指南”。RISC-V（“RISC five”）的目標(biāo)是成為一個(gè)通用的指令集架構(gòu)（ISA）：

它要能適應(yīng)包括從最袖珍的嵌入式控制器，到最快的高性能計(jì)算機(jī)等各種規(guī)模的處理器。

它應(yīng)該能兼容各種流行的軟件棧和編程語言。

它應(yīng)該適應(yīng)所有實(shí)現(xiàn)技術(shù)，包括現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）、專用集成電路（ASIC）、全定制芯片，甚至未來的設(shè)備技術(shù)。

它應(yīng)該對(duì)所有微體系結(jié)構(gòu)樣式都有效：例如微編碼或硬連線控制;順序或亂序執(zhí)行流水線; 單發(fā)射或超標(biāo)量等等。

它應(yīng)該支持廣泛的專業(yè)化，成為定制加速器的基礎(chǔ)，因?yàn)殡S著摩爾定律的消退，加速器的重要性日益提高。

它應(yīng)該是穩(wěn)定的，基礎(chǔ)的指令集架構(gòu)不應(yīng)該改變。更重要的是，它不能像以前的專有指令集架構(gòu)一樣被棄用，例如AMD Am29000、Digital Alpha、Digital VAX、Hewlett Packard PA-RISC、Intel i860、Intel i960、Motorola 88000、以及Zilog Z8000。

RISC-V的不同尋常不僅在于它是一個(gè)最近誕生的指令集架構(gòu)（它誕生于最近十年，而大多數(shù)其他指令集都誕生于20世紀(jì)70到80年代），而且在于它是一個(gè)開源的指令集架構(gòu)。與幾乎所有的舊架構(gòu)不同，它的未來不受任何單一公司的浮沉或一時(shí)興起的決定的影響（這一點(diǎn)讓許多過去的指令集架構(gòu)都遭了殃）。它屬于一個(gè)開放的，非營利性質(zhì)的基金會(huì)。

RISC-V基金會(huì)的目標(biāo)是保持RISC-V的穩(wěn)定性，僅僅出于技術(shù)原因緩慢而謹(jǐn)慎地發(fā)展它，并力圖讓它之于硬件如同Linux之于操作系統(tǒng)一樣受歡迎。 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)方法是增量ISA，新處理器不僅必須實(shí)現(xiàn)新的ISA擴(kuò)展，還必須實(shí)現(xiàn)過去的所有擴(kuò)展。目的是為了保持向后的二進(jìn)制兼容性，這樣幾十年前程序的二進(jìn)制版本仍然可以在最新的處理器上正確運(yùn)行。這一要求與來自于同時(shí)發(fā)布新指令和新處理器的營銷上的誘惑共同導(dǎo)致了ISA的體量隨時(shí)間大幅增長。 例如，圖1.2顯示了當(dāng)今主導(dǎo)ISA80x86的指令數(shù)量增長過程。這個(gè)指令集架構(gòu)的歷史可以追溯到1978年，在它的漫長生涯中，它平均每個(gè)月增加了大約三條指令。

這個(gè)傳統(tǒng)意味著x86-32（我們用它表示32位地址版本的x86）的每個(gè)實(shí)現(xiàn)必須實(shí)現(xiàn)過去的擴(kuò)展中的錯(cuò)誤設(shè)計(jì)，即便它們不再有意義。例如，圖1.3描述了x86的ASCII Adjust afterAddition（aaa）指令，該指令早已失效。

作為一個(gè)類比，假設(shè)一家餐館只提供固定價(jià)格的餐點(diǎn)，最初只是一頓包含漢堡和奶昔的小餐。隨著時(shí)間的推移，它會(huì)加入薯?xiàng)l，然后是冰淇淋圣代，然后是沙拉，餡餅，葡萄酒，素食意大利面，牛排，啤酒，無窮無盡，直到它成為一頓大餐。食客可以在那家餐廳找到他們過去吃過的東西，盡管總的來說這樣做可能沒什么意義。這樣做的壞處是，用餐者為每次晚餐支付的宴會(huì)費(fèi)用不斷增加。

RISC-V的不同尋常之處，除了在于它是最近誕生的和開源的以外，還在于：和幾乎所有以往的ISA不同，它是模塊化的。它的核心是一個(gè)名為RV32I的基礎(chǔ)ISA，運(yùn)行一個(gè)完整的軟件棧。

RV32I是固定的，永遠(yuǎn)不會(huì)改變。這為編譯器編寫者，操作系統(tǒng)開發(fā)人員和匯編語言程序員提供了穩(wěn)定的目標(biāo)。模塊化來源于可選的標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展，根據(jù)應(yīng)用程序的需要，硬件可以包含或不包含這些擴(kuò)展。這種模塊化特性使得RISC-V具有了袖珍化、低能耗的特點(diǎn)，而這對(duì)于嵌入式應(yīng)用可能至關(guān)重要。RISC-V編譯器得知當(dāng)前硬件包含哪些擴(kuò)展后，便可以生成當(dāng)前硬件條件下的最佳代碼。

慣例是把代表擴(kuò)展的字母附加到指令集名稱之后作為指示。例如，RV32IMFD將乘法（RV32M），單精度浮點(diǎn)（RV32F）和雙精度浮點(diǎn)（RV32D）的擴(kuò)展添加到了基礎(chǔ)指令集（RV32I）中。 在介紹 RISC-V 這個(gè) ISA 之前，了解計(jì)算機(jī)架構(gòu)師在設(shè)計(jì) ISA 時(shí)的基本原則和必須做出的權(quán)衡是有用的。如下的列表列出了七種衡量標(biāo)準(zhǔn)。頁邊放置了對(duì)應(yīng)的七個(gè)圖標(biāo)，以突出顯示 RISC-V 在隨后章節(jié)中應(yīng)對(duì)

審核編輯：黃飛