RV32I指令详解

Tue, 28 Jul 2026 00:00:00 +0000

本文介绍完整的Risc-V指令集

整套RV32I基础指令集仅需大约40多条指令，也是处理器必须识别的全部 “指令词汇”。这些指令可划归为下面这几大类：

依次为算术与逻辑运算指令、立即数运算指令、加载/存储指令、分支指令、跳转指令、高位立即数指令、系统类指令。

算术与逻辑运算（寄存器 - 寄存器型）——R-type指令（10条）

选取两个寄存器中的数据执行运算操作，并存储运算结果。这类指令是处理器最常用的基础指令：

指令	含义
add / sub	rd = rs1 + rs2 / rd = rs1 − rs2
and / or / xor	按位与 / 按位或 / 按位异或
sll / srl / sra	逻辑左移 / 逻辑右移 / 算术右移（保留符号位）
slt / sltu	（对应有符号/无符号）rd = （rs1 < rs2） ? 1 : 0

# 用法
add rd, rs1, rs2  表示 rd = rs1 + rs2
sub rd, rs1, rs2  表示 rd = rs1 - rs2
and rd, rs1, rs2  表示 rd = rs1 & rs2
or rd, rs1, rs2  表示 rd = rs1 | rs2
xor rd, rs1, rs2  表示 rd = rs1 ^ rs2
sll rd, rs1, rs2  表示 rd = rs1 << rs2
srl rd, rs1, rs2  表示 rd = rs1 >> rs2
sra rd, rs1, rs2  表示 rd = rs1 >>> rs2
slt rd, rs1, rs2  表示 rd = (rs1 < rs2) ? 1 : 0
sltu rd, rs1, rs2  表示 rd = (rs1 < rs2) ? 1 : 0

算术与逻辑运算（寄存器 - 立即数型）（9条）

指令	含义
addi	rd = rs1 + 立即数 (不存在 “立即数减法 subi” 指令，只需传入负数即可实现减法)
andi / ori / xori	与常量按位与 / 按位或 / 按位异或
slli / srli / srai	逻辑左移 / 逻辑右移 / 算术右移常量位
slti / sltiu	（对应有符号/无符号）rd = （rs1 < 立即数） ? 1 : 0

#用法
addi rd, rs1, imm  表示 rd = rs1 + imm
andi rd, rs1, imm  表示 rd = rs1 & imm
ori rd, rs1, imm  表示 rd = rs1 | imm
xori rd, rs1, imm  表示 rd = rs1 ^ imm
slli rd, rs1, imm  表示 rd = rs1 << imm
srli rd, rs1, imm  表示 rd = rs1 >> imm
srai rd, rs1, imm  表示 rd = rs1 >>> imm
slti rd, rs1, imm  表示 rd = (rs1 < imm) ? 1 : 0
sltiu rd, rs1, imm  表示 rd = (rs1 < imm) ? 1 : 0

与存储器交互（8条）

指令	含义
lw	将内存中的一个32位字加载至目标寄存器rd
lh / lb	加载半字（16位）/字节（8位）到rd（带符号位扩展）
lhu / lbu	加载半字/字节数据到rd，（无符号位零扩展）
sw / sh / sb	将寄存器rs2中的字数据/半字数据/字节数据存入存储器

# 用法
lw rd, imm(rs1)  表示 rd = MEM[rs1 + imm]
lh rd, imm(rs1)  表示 rd = MEM[rs1 + imm]（高位扩展符号位）
lb rd, imm(rs1)  表示 rd = MEM[rs1 + imm]（高位扩展符号位）
lhu rd, imm(rs1)  表示 rd = MEM[rs1 + imm]（高位扩展0）
lbu rd, imm(rs1)  表示 rd = MEM[rs1 + imm]（高位扩展0）
sw rs2, imm(rs1)  表示 MEM[rs1 + imm] = rs2
sh rs2, imm(rs1)  表示 MEM[rs1 + imm] = rs2的低 16 位
sb rs2, imm(rs1)  表示 MEM[rs1 + imm] = rs2的低 8 位

分支指令（6条）

CPU执行“if（条件判断）”语句：分支指令会对比两个寄存器的值，仅当判定条件成立时才执行跳转操作，若条件不成立，程序则直接顺序向下执行。

指令	表达式（成立则跳转）
beq / bne	rs1 == rs2 / rs1 != rs2
blt / bge	rs1 < rs2 / rs1 ≥ rs2 (有符号数)
bltu / bgeu	rs1 < rs2 / rs1 ≥ rs2 (无符号数)

# 用法
beq rs1, rs2, imm  表示 if (rs1 == rs2) 跳转到 PC + 偏移地址
bne rs1, rs2, imm  表示 if (rs1 != rs2) 跳转到 PC + 偏移地址
blt rs1, rs2, imm  表示 if (rs1 < rs2) 跳转到 PC + 偏移地址
bge rs1, rs2, imm  表示 if (rs1 >= rs2) 跳转到 PC + 偏移地址
bltu rs1, rs2, imm  表示 if (rs1 < rs2) 跳转到 PC + 偏移地址
bgeu rs1, rs2, imm  表示 if (rs1 >= rs2) 跳转到 PC + 偏移地址

高位立即数指令（2条）

指令	含义
lui	把指令内的20位立即数放置到寄存器高20位，寄存器低12位清零。
auipc	20位立即数左移12位后与当前PC值相加，结果存入目标寄存器；常用于生成PC相对地址，实现位置无关寻址

1
2
3

# 用法
lui rd, imm  表示 rd = imm << 12
auipc rd, imm  表示 rd = (imm << 12) + PC

跳转指令（2条）

指令	含义
jal	Jump and link，PC 相对跳转。跳转目标 = PC + 符号扩展后的立即数，自动把当前 PC+4（下一条指令地址）写入 rd 寄存器，主要用于函数调用
jalr	寄存器间接跳转。跳转地址由「rs1 寄存器值 + 12 位符号扩展立即数」给出，同样会将 PC+4 存入 rd；最常用格式 jalr x0,0(x1) 实现函数返回，也可用于动态计算地址跳转

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3

# 用法
jal rd, imm  表示 PC = PC + imm，rd = PC_old + 4
jalr rd, imm(rs1)  表示 PC = rs1 + imm，rd = PC_old + 4

伪指令

伪指令没有对应的独立机器码，汇编器在编译阶段，会自动把一条伪指令翻译成一条或多条真实硬件指令执行。只是为了编写汇编代码更简洁、好理解。

伪指令	翻译后指令	补充说明
li rd, 5	addi rd, x0, 5	12位范围内小立即数赋值；32位大数会编译为 lui + addi 组合
mv rd, rs	addi rd, rs, 0	复制寄存器
nop	addi x0, x0, 0	不做任何操作
j label	jal x0, label	跳转不保存返回地址
ret	jalr x0, 0(x1)	在跳转操作后，返回x1寄存器内的返回地址

特殊指令（10条）

CSR（控制状态寄存器）属于独立硬件寄存器组，和通用寄存器 x0~x31 物理分离，仅能使用以上 CSR 专用指令访问，普通运算指令无法读写。

指令	含义
ecall	环境调用，触发系统调用异常，向内核申请服务
ebreak	断点指令，触发调试异常，用于 GDB 程序调试暂停
fence	数据内存屏障，管控 Load/Store 访存乱序
fence.i	指令流水线屏障，清空指令缓存、刷新指令流
csrrw	CSR 读写：读出旧值到 rd，写入 rs 数据至 CSR
csrrs	CSR 读置位：读出旧值到 rd，使用 rs 按位或置 1 寄存器 bit
csrrc	CSR 读清零：读出旧值到 rd，使用 rs 按位与清零寄存器 bit
csrrwi	csrrw 立即数版本，使用 5 位立即数写入 CSR
csrrsi	csrrs 立即数版本，使用立即数做按位置位
csrrci	csrrc 立即数版本，使用立即数做按位清零

# 用法
ecall        # 发起系统调用
ebreak       # 触发调试断点异常
fence        # 数据内存屏障
fence.i      # 指令流水线刷新屏障
csrrw rd, csr, rs1  表示 rd = csr，csr = rs1
csrrs rd, csr, rs1  表示 rd = csr，csr = csr | rs1
csrrc rd, csr, rs1  表示 rd = csr，csr = csr & ~rs1
csrrwi rd, csr, imm  表示 rd = csr，csr = imm
csrrsi rd, csr, imm  表示 rd = csr，csr = csr | imm
csrrci rd, csr, imm  表示 rd = csr，csr = csr & ~imm

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