0 概述
RV32C是RISC-V架构中的一种指令集，其设计目标是提供高效的指令压缩技术，同时保持RISC-V架构的简洁和灵活性。它是RISC-V架构中的一个重要的扩展，为嵌入式系统和低功耗设备提供了方便和支持。基于32位寄存器的RISC-V架构，同时增加了压缩指令集（C），可以将32位指令压缩为16位或更短的指令，从而减少指令存储和传输的开销，提高指令的缓存效率，同时降低功耗和成本。
RV32C指令集包含了一些常用的指令，如算术、逻辑、数据传输、分支和跳转等指令。尽管这些指令可以被压缩成16位或更短的指令，但是其功能与32位指令相同。此外外，还提供了一些特殊的压缩寄存器，用于存储压缩指令的结果。
总的来说，RV32C是RISC-V架构中的一种扩展，它为程序员提供了一些常用指令的压缩形式，可以减少指令存储和传输的开销，提高指令的缓存效率，同时也能够降低功耗和成本。
1 RV32C指令集概述
相比于ARM和MIPS中为了缩小代码而从心设计指令集来说，RV32C采用了一种新颖的办法：每条短指令必须和一条标准的32位RISC-V指令一一对应。此外，16位指令只对汇编器和链接器可见，是否以短指令取代对应的宽指令有它们自己觉决定，这对弈编译器编写者和汇编语言程序原始很幸福的。基于对程序的观察发现：
- 对十个常用寄存器（a0-a5,s0-s1,sp和ra）的访问频率要远超其他寄存器；
- 许多指令的写入目标是它们的源操作数之一；
- 立即数往往很小。
RV32C的指令集可以表述为：
2 RV32C指令集详解
2.1 加载/存储指令
2.1.1 C.LWSP指令（c.lwsp rd,uimm(x2)）
x[rd] = sext(M[x[2] + uimm][31:0])- 栈指针相关字加载（Load Word, Stack-Pointer Relative），扩展形式为lw rd,uimm(x2)，rd=x0时非法。
2.1.2 C.SWSP指令（c.swsp rs2,uimm(x2)）
M[x[2] + uimm][31:0] = x[rs2]- 栈指针相关字存储（Store Word, Stack-Pointer Relative），扩展形式为sw rs2,uimm(x2)。
2.1.3 C.LW指令（c.lw rd‘’,uimm(rs1′)）
x[8+rd’] = sext(M[x[8+rs1’] + uimm][31:0])- 字加载（Load Word），扩展形式为lw rd,uimm(rs1)，其中rd=8+rd’,rs1=8+rs1′
2.1.4 C.SW指令（c.sw rs2′,uimm(rs1′)）
M[x[8+rs1’] + uimm][31:0] = x[8+rs2’]- 字存储（Store Word），扩展形式为sw rs2,uimm(rs1)，其中rs2=8+rs2’，rs1=8+rs1’。
2.2 跳转指令
2.2.1 C.J指令（c.j offset）
pc += sext(offset)- 跳转（Jump），扩展形式为jal x0,offset
2.2.2 C.JAL指令（c.jal offset）
x[1] = pc+2; pc += sext(offset)- 链接跳转（Jump and Link），扩展形式为jal x1,offset
2.2.3 C.JALR指令（c.jalr rs1）
t = pc+2; pc = x[rs1]; x[1] = t- 寄存器链接跳转（Jump and Link Register），扩展形式为jalr x1,0(rs1)，当rs1=x0时非法。
2.3 判断分支指令
2.3.1 C.BEQZ指令（c.beqz rs1′,offset）
if (x[8+rs1’] == 0) pc += sext(offset)- 等于零时分支（Branch if Equal to Zero），扩展形式为beq rs1,x0,offset，其中rs1=8+rs1’。
2.3.2 C.BNEZ指令（c.bnez rs1′,offset）
if (x[8+rs1’] ≠ 0) pc += sext(offset)- 不等于零时分支（Branch if Not Equal to Zero），扩展形式为bne rs1,x0,ofset，其中rs1=8+rs1’。
2.4 算数指令
2.4.1 C.LI指令（c.li rd,imm）
x[rd] = sext(imm)- 立即数加载（Load Immediate），扩展形式为addi rd,x0,imm。
2.4.2 C.LUI指令（c.lui rd,imm）
x[rd] = sext(imm[17:12] << 12)- 高位立即数加载（Load Upper Immediate），扩展形式为lui rd,imm，当rd=x2或imm=0时非法
2.4.3 C.ADDI指令（c.addi rd,imm）
x[rd] = x[rd] + sext(imm)- 加立即数（Add Immediate），扩展形式为addi rd,rd,imm
2.4.4 C.ADDI16SP指令（c.addi16sp imm）
x[2] = x[2] + sext(imm)- 加16倍立即数到栈指针（Add Immediate, Scaled by 16, to Stack Pointer），扩展形式为addi x2,x2,imm，imm=0时非法。
2.4.5 C.ADDI4SPN指令（c.addi4spn rd’,uimm）
x[8+rd’] = x[2] + uimm- 加4倍立即数到栈指针（Add Immediate, Scaled by 4, to Stack Pointer, Nondestructive），扩展形式为addi rd,x2,uimm，其中rd=8+rd’。uimm=0时非法。
2.4.6 C.SLLI指令（c.slli rd,uimm）
x[rd] = x[rd] << uimm- 立即数逻辑左移（Shift Left Logical Immediate），扩展形式为slli rd,rd,uimm。
2.4.7 C.SRLI指令（c.srli rd’,uimm）
x[8+rd’] = x[8+rd’] >>u uimm- 立即数逻辑右移（Shift Right Logical Immediate），扩展形式为srli rd,rd,uimm，其中rd=8+rd’。
2.4.8 C.SRAI指令（srai rd’,uimm）
x[8+rd’] = x[8+rd’] >>s uimm- 立即数算数右移（Shift Right Arithmetic Immediate），扩展形式为srai rd,rd,uimm，其中rd=8+rd’。
2.4.9 C.ANDI指令（c.andi rd’,imm）
x[8+rd’] = x[8+rd’] & sext(imm)- 与立即数（AND Immediate），扩展形式为andi rd,rd,imm，其中rd=8+rd’。
2.4.10 C.MV指令（c.mv rd,rs2）
x[rd] = x[rs2]- 移动（Move），扩展形式为add,rd,x0,rs2，rs2=0时非法。
2.4.11 C.ADD指令（c.add rd,rs2）
x[rd] = x[rd] + x[rs2]- 加（Add），扩展形式为add rd,rd,rs2。rd=x0或rs2=x0时非法。
2.4.12 C.AND指令（c.and rd’.rs2’）
x[8+rd’] = x[8+rd’] & x[8+rs2’]- 与（AND），扩展形式为and rd,rd,rs2，其中rd=8+rd’，rs2=8+rs2’。
2.4.13 C.OR指令（c.or rd’,rs2’）
x[8+rd’] = x[8+rd’] | x[8+rs2’]- 或（OR），扩展形式为or rd,rd,rs2，其中rd=8+rd’，rs2=8+rs2’。
2.4.14 C.XOR指令（c.xor rd’,rs2’）
x[8+rd’] = x[8+rd’] ^ x[8+rs2’]- 异或（Exclusive-OR），扩展形式为xor rd,rd,rs2，其中rd=8+rd’，rs2=8+rs2’。
2.4.15 C.SUB指令（c.sub rd’,rs2’）
x[8+rd’] = x[8+rd’] - x[8+rs2’]- 扩展形式为sub rd,rd,rs2，其中rd=8+rd’，rs2=8+rs2’。
2.5 系统指令
2.5.1C.EBREAK指令（c.ebreak）
RaiseException(Breakpoint)- 环境断点（Environment Breakpoint），扩展形式为ebreak。
