RISC-V 的常见指令
这是“程序的机器级表示”系列的第二篇文章。本篇介绍 RISC-V 的常用指令，帮助建立汇编编程的初步印象。
我们已经知道，处理器执行的大部分指令都是在存取、运算、比较寄存器和主存中的数据，或是确定下一条指令的位置（PC 的值）以实现循环、分支等功能。下面，我们来介绍 RISC-V 指令集中的各种指令，了解如何用 RISC-V 编写简单的程序。
历史上，指令集的设计有 RISC（Reduced Instruction Set Computer）和 CISC（Complex Instruction Set Computer）两种理念，从名字中可以看出，RISC 强调指令集的精简，CISC 则强调指令集的复杂。CISC 中的指令种类要多得多，单条指令的功能也往往比 RISC 更复杂，同样的指令在 RISC 中可能需要多条指令实现。因此 CISC 完成任务需要的指令数更少，但代码的编写、CPU 的设计也更为复杂。Intel 的 x86 是 CISC 的代表，而移动端和嵌入式设备中常见的 arm（Advanced RISC Machine）则是 RISC 的代表。
RISC-V 读作“risk-five”，是加州大学伯克利分校设计的一种开源 ISA（x86 是闭源的），其目标是称为 ISA 领域的 Linux。该项目发起于 2010 年，为解决常见指令集的诸多问题：闭源，扼制创新；过于复杂，不利于学术研究，且很多复杂性源于历史或设计问题；针对性强，如 arm 面向移动端，x86 面向服务器，缺少统一性架构；商业指令集易受企业发展的影响。
运算指令
RISC-V 中的运算指令包括算术运算，逻辑运算，移位运算。运算只在寄存器之间运行，即想要对内存中的数据进行运算，需要先将其取至寄存器。
这里介绍立即数的概念。汇编中立即数即为常数，一般在运算时会对其作 符号扩展 ，关于符号扩展和零扩展会在介绍 RISC-V 的机器码表示时介绍。
值得注意的是，RISC-V 中有一个寄存器 x0 被硬编码为 0，其值无法修改，作为常数存在。
算术运算
add rd,rs1,rs2：将寄存器 rs1 与 rs2 的值相加并写入寄存器 rd。sub rd,rs1,rs2：将寄存器 rs1 与 rs2 的值相减并写入寄存器 rd。addi rd,rs1,imm：将寄存器 rs1 的值与立即数 imm 相加并存入寄存器 rd。mul rd,rs1,rs2：将寄存器 rs1 与 rs2 的值相乘并写入寄存器 rd。div rd,rs1,rs2：将寄存器 rs1 除以寄存器 rs2 的值，向零舍入并写入寄存器 rd。rem rd,rs1,rs2：将寄存器 rs1 模寄存器 rs2 的值并写入寄存器 rd。
以上运算发生溢出时会自动截断高位。乘法可以用mulh，mulhu获得两个 32 位数乘积的高 32 位，细节不赘述。
逻辑运算
and rd,rs1,rs2：将寄存器 rs1 与 rs2 的值按位与并写入寄存器 rd。andi rd,rs1,imm：将寄存器 rs1 的值与立即数 imm 的值按位与并写入寄存器 rd。or rd,rs1,rs2：将寄存器 rs1 与 rs2 的值按位或并写入寄存器 rd。ori rd,rs1,imm：将寄存器 rs1 的值与立即数 imm 的值按位或并写入寄存器 rd。xor rd,rs1,rs2：将寄存器 rs1 与 rs2 的值按位异或并写入寄存器 rd。xori rd,rs1,imm：将寄存器 rs1 的值与立即数 imm 的值按位异或并写入寄存器 rd。
移位运算
sll rd,rs1,rs2：将寄存器 rs1 的值左移寄存器 rs2 的值这么多位，并写入寄存器 rd。slli rd,rs1,imm：将寄存器 rs1 的值左移立即数 imm 的值这么多位，并写入寄存器 rd。srl rd,rs1,rs2：将寄存器 rs1 的值逻辑右移寄存器 rs2 的值这么多位，并写入寄存器 rd。srli rd,rs1,imm：将寄存器 rs1 的值逻辑右移立即数 imm 的值这么多位，并写入寄存器 rd。sra rd,rs1,rs2：将寄存器 rs1 的值算数右移寄存器 rs2 的值这么多位，并写入寄存器 rd。srai rd,rs1,imm：将寄存器 rs1 的值算数右移立即数 imm 的值这么多位，并写入寄存器 rd。
左移会在右边补 0，逻辑右移会在最高位添 0，算数右移在最高位添加符号位。
区分算数右移和逻辑右移，是从计算的角度考虑的：左移一位等于乘 2，右移一位等于除 2 是算数的规律；无论正数负数，在右边补 0 都等于乘 2；而负数进行逻辑右移的结果不等于除以 2，需要用算数右移；而若只有算术右移，则无符号数的运算又会受影响。
数据传输指令
前面讲到，想要对主存中的数据进行运算，需要先将其取至寄存器，数据传输指令实现了这个目的。
现代计算机以 字节 (byte，1 byte=8 bit) 为基本单位，而内存本身可被视作由 byte 组成的一维数组，地址从 0 开始。字 (word) 则是存取数据的另一个单位，在 RISC-V 中 1 word=4 byte=32 bit，在其他体系结构中可能会发生变化。
lb rd,offset(rs1)：从地址为寄存器 rs1 的值加 offset 的主存中读一个字节，符号扩展后存入 rdlh rd,offset(rs1)：从地址为寄存器 rs1 的值加 offset 的主存中读半个字，符号扩展后存入 rdlw rd,offset(rs1)：从地址为寄存器 rs1 的值加 offset 的主存中读一个字，符号扩展后存入 rdlbu rd,offset(rs1)：从地址为寄存器 rs1 的值加 offset 的主存中读一个无符号的字节，零扩展后存入 rdlhu rd,offset(rs1)：从地址为寄存器 rs1 的值加 offset 的主存中读半个无符号的字，零扩展后存入 rdlwu rd,offset(rs1)：从地址为寄存器 rs1 的值加 offset 的主存中读一个无符号的字，零扩展后存入 rdsb rs1,offset(rs2)：把寄存器 rs1 的值存入地址为寄存器 rs2 的值加 offset 的主存中，保留最右端的 8 位sh rs1,offset(rs2)：把寄存器 rs1 的值存入地址为寄存器 rs2 的值加 offset 的主存中，保留最右端的 16 位sw rs1,offset(rs2)：把寄存器 rs1 的值存入地址为寄存器 rs2 的值加 offset 的主存中，保留最右端的 32 位
l 是 load 的首字母，即加载数据；s 是 store 的缩写，即存储数据。b，h，w 分别是 byte，half word，word 的首字母，除此之外还有存取双字的 d，即 double word。
举例：
long long A[100];
A[10] = A[3] + a;
假设数组 A 首地址在寄存器 x3，a 在 x2：
ld x10,24(x3) # long long 占 64 bit =8 byte，A[3] 的地址为 A[0]+3*8
add x10,x2,x10
sd x10,80(x3)
比较指令
有符号数：
slt rd,rs1,rs2：若 rs1 的值小于 rs2 的值，rd 置为 1，否则置为 0slti rd,rs1,imm：若 rs1 的值小于立即数 imm，rd 置为 1，否则置为 0
无符号数：
sltu rd,rs1,rs2：若 rs1 的值小于 rs2 的值，rd 置为 1，否则置为 0sltiu rd,rs1,imm：若 rs1 的值小于立即数 imm，rd 置为 1，否则置为 0
条件分支指令
这部分用来实现控制流，即 if 语句，循环等。汇编中没有 C 等高级语言中的{}语句块，而是用Label:的形式，下面会举例说明。
beq rs1,rs2,label：若 rs1 的值等于 rs2 的值，程序跳转到 label 处继续执行bne rs1,rs2,label：若 rs1 的值不等于 rs2 的值，程序跳转到 label 处继续执行blt rs1,rs2,label：若 rs1 的值小于 rs2 的值，程序跳转到 label 处继续执行bge rs1,rs2,label：若 rs1 的值大于等于 rs2 的值，程序跳转到 label 处继续执行
blt和bge也有无符号版本bltu，bgeu。举例：
int i = 0;
do{
i++;
}while(i<10)
add x2,x0,10 # x2 = 10
add x3,x0,0 # i = 0 存储在 x3
Loop:
add x3,x3,1 # i++
blt x3,x2,Loop # i<10 则继续循环
无条件跳转指令
j label：程序直接跳转到 label 处继续执行jal rd,label：用于调用函数，把下一条指令的地址保存在 rd 中（通常用 x1），然后跳转到 label 处继续执行jalr rd,offset(rs)：可用于函数返回，把下一条指令的地址存到 rd 中，然后跳转到 rs+offset 地址处的指令继续执行。若 rd=x0 就是单纯的跳转（x0 不能被修改）
这里详细解释一下jal和jalr。在调用函数时，我们希望函数返回后，继续执行下一条指令，所以要把这下一条指令的地址存起来，再跳转到函数的代码块。函数执行完之后，根据先前存起来的指令地址，再跳回到调用处继续执行。