【RISC-V设计-05】- RISC-V处理器设计K0A之GPR

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于 2024-08-05 20:57:13 首次发布

【RISC-V设计-05】- RISC-V处理器设计K0A之GPR

文章目录

1.简介

通用寄存器（General Purpose Register）是处理器设计中的重要组成部分，在数据处理和指令执行过程中发挥着关键作用，对于计算机系统的整体性能和效率有着至关重要的影响。通用寄存器用于传送和暂存数据，也可参与算术逻辑运算，并保存运算结果。本模块内含有15个32bit的寄存器，一个写操作端口，两个读操作端口，读写可同时操作。

2.设计顶层

3.内部结构

4.端口说明

序号 端口 方向 位宽 说明
1 core_clk input 1 内核时钟
2 idu2gpr_we input 1 通用寄存器组写使能，高有效
3 idu2gpr_waddr input 4 通用寄存器组写地址
4 idu2gpr_wdata input 32 通用寄存器组写数据
5 idu2gpr_raddr1 input 4 通用寄存器组读地址1
6 gpr2idu_rdata1 output 32 通用寄存器组读数据1
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RISC-V基础ISA由31个用于保存整数值的通用寄存器x1-x31组成。寄存器x0固定连接到常数0。还有一个额外的用户可见程序计数器pc寄存器，它保存当前指令的地址。RISC-V没有定义一个特定的子例程返回地址链接寄存器，但它确实建议标准软件调用约定应该使用寄存器x1来存储调用的返回地址。这些寄存器的宽度由使用的RISC-V基变量定义。也就是说，对于RV32，寄存器是32位宽，对于RV64，寄存器是64位宽 调用惯例 在传统的RISC-V软件中，堆栈向下增长，堆栈指针总是16字节对齐。
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riscv通用寄存器riscv通用寄存器 riscv通用寄存器 寄存器 调用名字 用途 x0 zero 常数 0 x1 ra 返回地址 x2 sp 栈指针 x3 gp 全局指针 x4 tp 线程指针 x5-x7 t0-t2 临时存储 x8 s0/fp 保存用寄存器/帧指针（配合栈指针界定一个函数的栈） x9 s1 保存用寄存器 x10-x11 a0-a1 函数参数/返回值 x12-x17 a2-a7 函数参数 x18-x27 s2-s11 保存用寄存器
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x0/zerox0寄存器又被称为zero寄存器，它的读写是无效的，它的值只能为0，这是为了让编译器进行优化上面这段汇编的作用是进行相加运算，将x2和x3寄存器的值相加的结果并放入x1寄存器，但是如果x3寄存器的值为0当RISC-V处理器执行这条指令的时不会去读取x0寄存器的值，会直接按0来运算，这样就可以省去与0做运算时读取的步骤。RISC-V处理器在设计时只要涉及到x0寄存器的读取一律按0来处理不会去读取x0的寄存器，这么做的目的是为了方便编译器优化某些运算。
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gp，globalpointer，全局指针寄存器，RISC-V 32个寄存器之一，为了优化±2KB内全局变量的访问。 gp寄存器在启动代码中加载为__global_pointer$的地址，并且之后不能被改变。 linker时使用__global_pointer$来比较全局变量的地址，如果在范围内，就替换掉lui或puipc指令的 absolute/pc-relative寻址，变为gp-relative寻址，使得代码效率更高。该过程被称为linker relaxation(链接器松弛)，也可以使用-Wl.
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