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RISC-V指令集手册II：特权架构

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简介：
《RISC-V指令集手册II：特权架构》详细阐述了RISC-V处理器的核心规范与操作模式，涵盖中断、异常处理及虚拟内存管理等关键特性。 《RISC-V指令集手册第二卷：特权体系结构》详细介绍了开源架构RISC-V的高级特性及其与系统特权相关的部分。这种基于精简指令集计算机（RISC）原理的设计能够支持从微控制器到高性能处理器的各种实现。 该文档涵盖了多个模块，每个模块都有特定版本号以方便管理和标准化。Machine ISA 1.11和Supervisor ISA 1.11是两个关键的组成部分：前者定义了基本硬件和简单操作系统的指令集；后者提供了包括虚拟内存管理、中断处理在内的额外功能支持。 手册于2019年6月8日由RISC-V基金会正式发布，版本号为***-Priv-MSU-Ratified。这表明Machine和Supervisor的ISA模块已达到稳定的“核准”状态。“核准状态”的标志意味着文档已经得到技术社群的认可。 多位专家参与了手册的编写工作，包括SiFive公司的Andrew Waterman以及加州大学伯克利分校的Krste Asanović等业界领袖，这些贡献者共同推动了RISC-V的发展。他们的背景多样且广泛，体现了该指令集社区的合作精神和开放性。 文档采用Creative Commons Attribution 4.0 International License发布，确保其可以被公众自由使用和分享。这对于开源架构至关重要，因为它有助于扩大RISC-V的接受度和支持范围。 文档内容的变化反映了RISC-V持续的发展和完善。“Moved Machine and Supervisor spec to Ratified status”这一变更表明这些模块已从草案阶段进入标准化完成阶段，这是整个社区的重要里程碑。这使得硬件和软件开发可以在一个稳定的基础上进行，从而提高系统的可靠性和效率。 此外，手册还增加了对描述与注释的改进，并提出了一项“hypervisor extension”的草稿提案，显示了RISC-V向更高级虚拟化技术迈进的趋势。这对于满足未来的复杂需求至关重要。 模块化设计是RISC-V的核心优势之一。这种灵活性允许开发者根据需要选择特定指令集扩展而无需支持整个架构，从而实现优化和高效开发。 文档还规定了一些标准中断源的保留用途，以确保不同硬件实施之间的兼容性以及系统软件的一致性。这对于操作系统与硬件间的交互至关重要。 综上所述，《RISC-V指令集手册第二卷：特权体系结构》提供了全面的特权体系架构描述，涵盖了从基础到操作系统的细节，并展望了未来的扩展功能如虚拟化技术。随着文档不断更新，RISC-V在多样化计算需求中的潜力和应用前景愈发显著。

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  • RISC-V指令集手册II：特权架构
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    《RISC-V指令集手册II：特权架构》详细阐述了RISC-V处理器的核心规范与操作模式，涵盖中断、异常处理及虚拟内存管理等关键特性。 《RISC-V指令集手册第二卷：特权体系结构》详细介绍了开源架构RISC-V的高级特性及其与系统特权相关的部分。这种基于精简指令集计算机（RISC）原理的设计能够支持从微控制器到高性能处理器的各种实现。 该文档涵盖了多个模块，每个模块都有特定版本号以方便管理和标准化。Machine ISA 1.11和Supervisor ISA 1.11是两个关键的组成部分：前者定义了基本硬件和简单操作系统的指令集；后者提供了包括虚拟内存管理、中断处理在内的额外功能支持。 手册于2019年6月8日由RISC-V基金会正式发布，版本号为***-Priv-MSU-Ratified。这表明Machine和Supervisor的ISA模块已达到稳定的“核准”状态。“核准状态”的标志意味着文档已经得到技术社群的认可。 多位专家参与了手册的编写工作，包括SiFive公司的Andrew Waterman以及加州大学伯克利分校的Krste Asanović等业界领袖，这些贡献者共同推动了RISC-V的发展。他们的背景多样且广泛，体现了该指令集社区的合作精神和开放性。 文档采用Creative Commons Attribution 4.0 International License发布，确保其可以被公众自由使用和分享。这对于开源架构至关重要，因为它有助于扩大RISC-V的接受度和支持范围。 文档内容的变化反映了RISC-V持续的发展和完善。“Moved Machine and Supervisor spec to Ratified status”这一变更表明这些模块已从草案阶段进入标准化完成阶段，这是整个社区的重要里程碑。这使得硬件和软件开发可以在一个稳定的基础上进行，从而提高系统的可靠性和效率。 此外，手册还增加了对描述与注释的改进，并提出了一项“hypervisor extension”的草稿提案，显示了RISC-V向更高级虚拟化技术迈进的趋势。这对于满足未来的复杂需求至关重要。 模块化设计是RISC-V的核心优势之一。这种灵活性允许开发者根据需要选择特定指令集扩展而无需支持整个架构，从而实现优化和高效开发。 文档还规定了一些标准中断源的保留用途，以确保不同硬件实施之间的兼容性以及系统软件的一致性。这对于操作系统与硬件间的交互至关重要。 综上所述，《RISC-V指令集手册第二卷：特权体系结构》提供了全面的特权体系架构描述，涵盖了从基础到操作系统的细节，并展望了未来的扩展功能如虚拟化技术。随着文档不断更新，RISC-V在多样化计算需求中的潜力和应用前景愈发显著。
     
  • RISC-V 架构手册（中文版）—— 开源指令集指南 (RISC-V-Reader-Chinese-v2p1)
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    《RISC-V架构手册（中文版）》是针对开源指令集架构RISC-V的权威指南，详细介绍了其设计理念和规范，并提供了详细的示例与应用说明。 自2011年推出以来，RISC-V迅速普及。我们认为一份简洁的程序员指南将进一步推动其发展，并帮助初学者理解为何它是一个有吸引力的指令集，以及与传统指令集架构(ISA)的不同之处。此外，在研究生期间自学资源中，它也受到了高度评价。
     
  • RISC-V特权架构.pdf
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    《RISC-V特权架构》是一本详细介绍RISC-V处理器系统结构与指令集扩展机制的专业书籍。适合计算机体系结构研究者及嵌入式开发人员阅读参考。 RISC-V 是一种开源指令集架构（ISA），旨在支持从简单的微控制器到复杂的多核处理器的各种应用场景。它基于精简指令集计算机（RISC）原理，具备简单、高效且易于实现的特点。 在讨论 RISC-V 的特权架构时，我们重点关注其三个执行级别：机器级（Machine）、监督者级（Supervisor）和虚拟机管理程序级（Hypervisor）。这些级别的定义旨在提供一套硬件机制来支持操作系统及其他管理软件对处理器资源的有效管理和控制。RISC-V 特权架构的目标是通过保持硬件实现的简洁性，同时提供强大的系统功能，使学习、研究及各种应用场景中的部署变得更加容易。 机器级别 ISA 是 RISC-V 特权架构的基础部分，它定义了处理器的基本结构和执行模型，并包括最底层指令集以及用于管理内存和其他外围设备的寄存器与控制状态。这一级别的ISA为操作系统内核提供了最基本的硬件抽象支持。 监督者级 ISA 为操作系统提供了一个更高级别的硬件接口，使操作系统的资源管理和任务调度成为可能。它引入了中断、异常处理机制、定时器及内存保护等概念。在该级别上，可以实现多任务处理以及虚拟内存管理等功能，确保不同进程间的隔离与安全。 虚拟机管理程序级 ISA 位于监督者级之上，旨在支持软件的虚拟化技术。通过此级别的ISA定义的支持功能，可以在单一物理硬件平台上运行多个独立的操作系统实例（即虚拟机）。此外，它还规定了如何在硬件的帮助下控制这些虚拟资源的分配和管理过程。 RISC-V 特权架构规范是开放且不断发展的，并且目前我们讨论的是其草案版本1.12。文档由非营利组织 RISC-V 基金会发布并维护。主要编辑者包括 SiFive 公司及加州大学伯克利分校电子工程与计算机科学系的成员 Andrew Waterman 和 Krste Asanović，以及众多贡献者的共同努力。 该规范在创意共享属性4.0国际许可下发布，允许广泛使用和分享的同时也规定了衍生作品必须遵守相应条款。这些细节表明 RISC-V 特权架构及其相关文档旨在构建一个开放、可访问及协作的生态系统。
     
  • RISC-V指令集指南手册
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    《RISC-V指令集指南手册》是一本全面介绍RISC-V架构及其指令系统的权威资料，适合硬件设计者、软件开发者及计算机科学爱好者阅读。 ### RISC-V指令集手册知识点概述 #### 一、RISC-V指令集手册基本信息与版本迭代 **手册名称**：RISC-V指令集手册 **版本**：2.1 版 **出版时间**：2016年5月31日 **作者**：Andrew Waterman, Yunsup Lee, David Patterson, Krste Asanović **所属机构**：University of California, Berkeley #### 二、RISC-V指令集手册主要内容 ##### 2.1 版本更新内容： - **注释部分补充和完善** - **章节版本管理优化**，每一章都有独立的版本号 - **长指令编码调整**，对超过64位的长指令格式进行了修改以避免移动rd区分符 - **CSR指令描述方式变更**：使用基本整数格式来表示，并引入了计数器寄存器。 - **SCALL和SBREAK指令重命名**为ECALL和EBREAK，编码与功能保持不变。 - **浮点NaN处理规则澄清** - 明确规定当发生溢出时从浮点到整型转换后的返回值 - 更详细地定义了LRSC（Load-ReserveStore-Conditional）操作在各种情况下的行为规范 - 提出了RV32E ISA提案，减少整数寄存器数量以适应特定需求。 - **调用约定修订**：放宽软浮点调用时的栈对齐要求，并详细描述了RV32E调用约定 - 更新C压缩扩展提案至版本1.9 ##### 2.0 版本主要内容： - 将ISA分为一个整数基本内核和多个标准扩展。 - **指令格式重组**以提高立即数编码效率。 - 定义为小端存储器系统，而大端、双端被视为非标准变体 - 引入Load-ReservedStore-Conditional（LRSC）原子操作指令集 - AMO和LRSC支持释放一致性模型 - **FENCE指令**：增加细粒度的内存与IO序列化控制功能。 - 加入fetch-and-XOR AMO，调整AMOSWAP编码以优化性能 - 使用AUIPC替代RDNPC，并改进JAL指令格式及目标寄存器设置 - 简化了JALR的设计并允许存储更多数据于函数指针中 - 重命名部分浮点指令：MFTX.S、MFTX.D分别更名为FMV.X.S、FMV.X.D；MXTF.S、MXTF.D改为FMV.S.X和FMV.D.X； - MFFSR与MTFSR改名为FRCSR和FSCSR - 新增独立访问fcsr寄存器舍入模式及状态位的指令：FRRM, FSRM, FRFLAGS 和 FSFLAGS #### 三、RISC-V指令集手册的意义与应用价值 该手册不仅为设计者提供了详细的规范，还给软硬件开发者和研究学者提供了一个深入了解架构的机会。通过持续更新，它确保了体系结构的稳定性和兼容性，并展示了社区对这一领域的贡献和支持。这有助于促进RISC-V生态系统的发展壮大。
     
  • RISC-V文档集：特权指令、非特权指令及扩展指令
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    本文档集详尽介绍了RISC-V架构中的核心指令集，包括特权指令、非特权指令及其各种扩展指令，为开发者和研究人员提供了全面的技术参考。 RISC-V 是一种开放源代码的指令集架构（ISA），由加州大学伯克利分校的研究团队于2010年发起。它设计简洁、高效且可扩展，旨在满足各种计算需求，从微控制器到高性能计算。这个文档集包含了关于 RISC-V 特权指令、非特权指令以及扩展指令的重要信息，对理解和开发基于 RISC-V 架构的系统至关重要。 《riscv-spec-20191213.pdf》是RISC-V架构的基础规范，详细定义了RISC-V的非特权指令集。非特权指令集是处理器执行的基本指令，包括数据处理、分支和内存访问等操作，构成了任何CPU设计的核心部分。该文档介绍了基本的寻址模式、指令格式以及每条指令的功能。 《riscv-trace-spec.pdf》专注于 RISC-V 的追踪规范，这涉及到记录处理器执行的动态行为，对于调试、性能分析和软件验证非常有用。追踪功能可以捕获处理器执行的每一个步骤，帮助开发者理解程序运行时的行为。 《riscv-crypto-spec-scalar-v1.0.1.pdf》涵盖了RISC-V的密码扩展，为处理器增加了硬件加速的加密算法（如AES、SHA等），提升了安全性并降低了功耗。 《cmobase-v1.0.1.pdf》可能是关于 RISC-V 的某个特定扩展或子系统的文档。通常这些扩展会针对特定应用领域进行优化，例如浮点运算、矢量运算或嵌入式控制。 《riscv-debug-release.pdf》是RISC-V的调试规范，定义了处理器的调试接口和协议，使得开发者能够有效地诊断和修复软件错误。 《riscv-privileged-20211203.pdf》详细描述了管理操作、中断处理以及系统资源访问控制。特权指令集用于操作系统内核及其他管理级别的软件，包括内存管理和设备配置。 《Smepmp (1).pdf》和《Smepmp.pdf》可能涉及 RISC-V 的内存保护和安全特性，如SMAP（Supervisor Memory Access Protection）和MPU（Memory Protection Unit），这些机制确保了不同级别软件的安全隔离。 《riscv-sbi.pdf》解释了RISC-V的系统调用接口(SBI)，这是非特权软件与特权软件交互的标准方式。类似其他架构中的系统调用，它允许非特权应用请求操作系统服务。 《riscv-abi (1).pdf》是 RISC-V 的应用二进制接口(ABI)文档，定义了编译器和链接器处理函数调用、数据布局以及异常处理的方式，以确保跨不同工具链的兼容性。 通过学习和理解这些文档，开发者和系统设计者可以深入掌握RISC-V架构，并能够设计出高效且安全的 RISC-V 系统。无论是硬件实现、固件开发还是应用程序编程，这些文档都提供了必要的指南和参考。
     
  • RISC-V指令集原版-卷2-特权指令集V1.12
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    本书为《RISC-V指令集原版》第二卷，详细介绍并规范了RISC-V架构的特权指令集版本1.12，适用于处理器设计者和研究人员。 RISC-V指令集原版-卷2-特权指令集v1.12英文原版 文档版本：1.12-draft 该段文字描述的是一个技术文档，具体为RISC-V架构的第二卷，即关于特权指令集的部分，当前版本号为1.12-draft。
     
  • RISC-V指令集架构的设计
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    RISC-V是一种开源的精简指令集计算（RISC）架构，以其模块化设计和简洁性著称，为处理器设计提供了高度灵活的基础。 RISC-V指令集架构的设计被称为Design of the RISC-V Instruction Set Architecture。
     
  • RISC-V指令手册指南
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    《RISC-V指令手册指南》是一本全面介绍RISC-V开源架构指令集的手册，旨在帮助开发者深入理解并有效使用该体系结构。 RISC-V指令集手册卷2特权体系结构Privileged Architecture 版本1.7文档的翻译版本为1.0。请注意，这个规范的初稿在成为标准之前可能会有所改动。
     
  • RISC-V官方手册及相关资料（特权架构、非特权架构及中文资料）
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    本资源包汇集了RISC-V指令集架构的核心文档，包括特权架构和非特权架构规范，并提供相关中文翻译材料，适合深入学习与研究。 本段落包含三份资料：RISC-V特权架构规范、RISC-V非特权架构规范以及中文手册。