RISC-V 指令集架構介紹 - F Standard Extension

發表於 | 分類於 |

F standard extension為單精度浮點數(single-precision floating-point)指令擴充，增加了 32個浮點數暫存器(f0-f31)，長度為 32-bit，以及一個浮點數控制與狀態暫存器(fcsr)，與 IEEE 754-2008相容。

下面所提到的一般暫存器(general register)指的是在 RV32I或 RV64I的 x0-x31，浮點數暫存器則為 f0-f31。

浮點數控制與狀態暫存器 (Floating-Point Control and Status Register)

浮點數指令可設定成動態的去參照目前 fcsr中的 Rounding Mode bits來決定如何 rounding，fcsr的 Rounding Mode編碼則為下方表格。

若發生 floating point exception，則會去設定相對應的 fcsr exception flags，下方表格為各個 flag與其 floating point exception的對照。

單精度載入與儲存指令 (Single-Precision Load and Store Instructions)

  • FLW
    flw rd, rs1, simm12
    常數部分為 sign-extended 12-bit，載入位址則為 rs1一般暫存器加上 sign-extended 12-bit，將 single-precision浮點數值從記憶體中載入 rd浮點數暫存器。

  • FSW
    fsw rd, rs1, simm12
    常數部分為 sign-extended 12-bit，儲存位址則為 rs1一般暫存器加上 sign-extended 12-bit，將 rs1浮點數暫存器的 single-precision浮點數值寫入記憶體。

單精度浮點數運算指令 (Single-Presicion Floating-Point Computational Instructions)

  • FADD.S/FSUB.S
    fadd.s/fsub.s rd, rs1, rs2
    將 rs1浮點數暫存器與 rs2浮點數暫存器做加法/減法運算，結果寫入 rd浮點數暫存器。

  • FMUL.S/FDIV.S
    fmul.s/fdiv.s rd, rs1, rs2
    將 rs1浮點數暫存器與 rs2浮點數暫存器做乘法/除法運算，結果寫入 rd浮點數暫存器。

  • FMIN.S/FMAX.S
    fmin.s/fmax.s rd, rs1, rs2
    將 rs1浮點數暫存器與 rs2浮點數暫存器做最大值/最小值比較，將最大值/最小值寫入 rd浮點數暫存器。

  • FSQRT.S
    fsqrt.s rd, rs1
    將 rs1浮點數暫存器做取平方根運算，結果寫入 rd浮點數暫存器。

  • F[N]MADD/F[N]MSUB
    f[n]madd/f[n]msub rd, rs1, rs2, rs3
    將 rs1浮點數暫存器與 rs2浮點數暫存器做乘法運算後，再與 rs3浮點數暫存器做加法/乘法運算，結果寫入 rd浮點數暫存器，n版本則為做完乘法運算後取 negate，為乘法與加法指令一次完成，中間並沒有經過 rounding，所以精準度上會比一般乘法指令加上加法指令還高。

單精度浮點數轉換與移動指令 (Single-precision Floating-Point Conversion and Move Instructions)

將浮點數轉換為整數或整數轉換為浮點數指令，會根據指令中的 rm field來決定轉換的 rounding mode。

  • FCVT.W.S/FCVT.L.S
    fcvt.w.s/fcvt.l.s rd, rs1
    將 rs1浮點數暫存器中的浮點數轉換為 signed 32-bit/64-bit，結果寫入 rd一般暫存器。

  • FCVT.S.W/FCVT.S.L
    fcvt.s.w/fcvt.s.l rd, rs1
    將 rs1一般暫存器中的signed 整數轉換為浮點數，結果寫入 rd一般暫存器。

  • FCVT.WU.S/FCVT.LU.S
    fcvt.wu.s/fcvt.lu.s rd, rs1
    將 rs1浮點數暫存器中的浮點數轉換為 unsigned 32-bit/64-bit，結果寫入 rd一般暫存器。

  • FCVT.S.WU/FCVT.S.LU
    fcvt.s.wu/fcvt.s.lu rd, rs1
    將 rs1一般暫存器中的unsigned 整數轉換為浮點數，結果寫入 rd一般暫存器。

sign-injection instructions

  • FSGNJ.S
    fsgnj.s rd, rs1, rs2
    rd浮點數暫存器中的數值來自 rs1浮點數暫存器，sign bit則為 rs2浮點數暫存器的 sign bit。

  • FSGNJN.S
    fsgnjn.s rd, rs1, rs2
    rd浮點數暫存器中的數值來自 rs1浮點數暫存器，sign bit則為 rs2浮點數暫存器的 sign bit的相反。

  • FSGNJX.S
    fsgnjx.s rd, rs1, rs2
    rd浮點數暫存器的數值來自 rs1浮點數暫存器，sign bit則為 rs1浮點數暫存器的 sign bit與 rs2浮點數暫存器的 sign bit做 xor運算。

單純 floating point與 integer之間的 move指令，與上面不同的是，只做 bit的移動，並不做浮點數與整數之間的轉換。

  • FMV.X.W
    fmv.x.w rd, rs1
    將 rs1浮點數暫存器的 32-bit數值寫入 rd一般暫存器中，若在 RV64，則用 sign bit填滿最高 32-bit。

  • FMV.W.X
    fmv.w.x rd, rs1
    將 rs1一般暫存器的最低 32-bit(已用IEEE 754-2008編碼好)數值寫入 rd浮點數暫存器。

單精度浮點數比較指令 (Single-Precision Floating-Point Compare Instructions)

  • FEQ.S/FLT.S/FLE.S
    feq.s/flt.s/fle.s rd, rs1, rs2
    將 rs1浮點數暫存器與 rs2浮點數暫存器做 eq/lt/le比較，結果寫入 rd一般暫存器。

單精度浮點數分類指令 (Single-Precision Floating-Point Classify Instruction)

  • FCLASS.S
    fclass.s rd, rs1
    根據下表分類 rs1浮點數暫存器的浮點數值，結果寫入 rd一般暫存器。

Reference

[1] The RISC-V Instruction Set Manual