1. RISCV指令集架构

RISC-V本身就是模块化的指令集，可以灵活的进行组合，具有相当强的可配置型。关于RISCV软件生态的兼容性可参见：https://zhuanlan.zhihu.com/p/86283932

截至20191213版本的 unprivileged ISA spec，RISCV目前支持的指令集架构有：

I/E 基本整数指令子集
RISCV处理器必须支持的指令集

I 需要32个通用整数寄存器，而E只需要16个通用寄存器

M 标准扩展
整数乘法与除法指令
A 标准扩展
原子性指令和Load-Reserved / Store-Conditional指令
F 标准扩展
单精度浮点指令
D 标准扩展
双精度浮点指令

riscv架构规定，处理器可以只实现F扩展指令子集而不支持D扩展指令，若支持D扩展指令则必须支持F扩展指令。

Q 标准扩展
支持四精度浮点指令
L 标准扩展
支持十进制浮点指令
C 标准扩展
支持编码长度为16位的压缩指令

该扩展可以提高代码密度，对需要低内存占用的应用程序很重要

B 标准扩展
位操作

包含用于位操作的指令，包括旋转和位设置/清除指令。

L 标准扩展
动态转换语言
T 标准扩展
事务存储器
P 标准扩展
打包SIMD指令

用于嵌入式DSP处理器或者SIMD压缩指令，关于packed-SIMD扩展详情可见该文第5点并行性：https://blog.csdn.net/qq_39815222/article/details/106867911

V 标准扩展
向量操作指令，用于高性能运算

该扩展明确的规范在riscv-v-spec中，功能基本包含上述P扩展。

详情参见：https://blog.csdn.net/qq_39815222/article/details/109570539

Zam 标准扩展
非对齐原子性指令
Ztso 标准扩展
TSO存储模型标准扩展

存储器模型详情参见：https://blog.csdn.net/qq_39815222/article/details/107029271

Zicsr 控制和状态寄存器指令
其他扩展指令

RISC-V规范允许添加自定义ISA扩展指令，这将是RISCV处理器和其他处理器区分的差异化因素。根据RISCV软件生态的要求，定制ISA扩展不能破坏与主要规范的共性，因此即使自定义指令集，处理器仍然符合RISCV规范，并且可以运行来自生态系统的通用软件堆栈。

但是设计这种自定义ISA扩展需要进行大量的工作：

需要对该扩展指令集进行说明；
需要将扩展指令集规范添加到C编译器，模拟器，调试器和其他工具中，并验证是否为所有这些不同的工具添加了相同的内容。即将新指令添加到RISCV现有的工具链中，以便编程工具可以传递和编译指令，同时需要向指令集模拟器添加新代码，以便能识别新的扩展指令。
扩展CPU的RTL代码，并且验证对RTL的任何更改。

2. 指令编码格式

在RSIC-V中，所有指令都是32位的，并且在存储器中必须在4字节边界对齐。由于是RSIC架构，指令关于原寄存器和目的寄存器的编码格式固定。

在基本ISA中，分别有R/I/S/B四种指令格式，当然在此基础上有U/J两种变种。

rs1，rs2是源寄存器地址，rd是目的寄存器地址，opcode是指令操作码，funct是功能码（操作码的数据宽度）
例如sw rs2, imm(rs1)

指令编码种类

R型：用于register-register的算术运算
I型：opcode一样，差别在func3和func7。一般用于register-immediate的算术运算和load操作
S型：操作的长度不同是由不同的funct3指定。用于store操作
B型：S型指令的变种，用于分支转移操作
U型：用于高20bit立即数操作
J型：U型指令的变种，用于直接跳转指令
R4型：RV32F/D、RV64F/D标准指令扩展使用

一些特征

load/store指令中

某些要素位置固定的目的

方便流水线的设计，例如译码的同时可以取数

3. 指令类型

具体指令解释参考链接：https://www.cnblogs.com/mikewolf2002/p/11196680.html

存储器访问指令

数据传送指令只能完成读一个操作数或写一个操作数，并不能进行运算。

RISCV架构推荐使用地址对齐的存储器读写操作，但也支持地址非对齐的操作。

load/store指令使用基址寻址方式

RISCV仅支持小端模式的memory读写

RISCV读写存储器不支持自增或自减模式。

见链接：https://blog.csdn.net/qq_39815222/article/details/107224255

整数计算指令

整数计算指令又分为register-register类型和register-immediate类型

算术指令能完成读两个寄存器、对它们进行运算和写回运算的操作。

控制转移指令

控制转移指令分无条件跳转指令和条件跳转指令

转移指令的调用可分为保存现场和恢复现场，RISCV调用则较为简洁，它使用公用的程序库（专门用来保存和恢复现场），省去了保存和恢复的诸多指令。
保存现场：进入子程序后要用store指令，将当前上下文（通用寄存器等的值）保存到系统存储器的堆栈区（后入先出）
恢复现场：退出子程序时，用load指令将之前保存的上下文从系统存储器的堆栈区读出来

控制和状态寄存器指令

用户级模式只能访问少数几个只读计数器，而在机器模式和监督者模式下则能访问其他的CSR寄存器

CSR指令
定时器和计数器
环境调用和断点
用于子程序的调用

4. RISC-V寄存器文件

寄存器文件又称为寄存器堆，是CPU中多个寄存器组成的阵列，现代CPU一般设置了32个通用寄存器和其他的一些特殊功能寄存器，RSIC-V公布的寄存器文件主要包含通用寄存器组、控制状态寄存器和一些特殊寄存器。

RISCV公布的寄存器文件

通用寄存器组
如果指令集定义为I，则包含32个通用寄存器，用来保存整数数值，分别用x0-x31表示，实际应是31个通用寄存器，x0是硬件连接的0。通常没有硬件连线的子程序返回地址连接寄存器，但在一个过程调用中，标准软件调用约定使用寄存器x1来保存返回地址。
若定义为E（嵌入式架构），则包含16个通用整数寄存器，仅支持32位，，分别用x0-x15表示
若定义为F/D（单精度/双精度），则另外增加32个独立的通用浮点寄存器，分别用f0-f31表示
控制状态寄存器（CSR）
用于配置和记录一些运行的状态，CSR是Core内的寄存器，使用专门的12位地址编码空间。
特殊寄存器：
1）程序计数器（PC）
PC是指令存放在存储器中的地址，可以反映在某些通用寄存器或特殊寄存器中。但在RSIC-V架构中，程序要读取PC值，只能通过某些指令间接获得，如AUIPC指令。
2）hi

设置32个通用寄存器的原因

数量32意味着寄存器的地址位数只需要5，因此一般的指令（包含目的寄存器和原寄存器）只需要10-15位即可，留给更多的位空间给操作码和立即数，若增加寄存器数量，则指令位数势必增大，这就需要更大的指令存储器
其次是访问时间，指令存储器越大，从中访问数据的速度也会变慢。此时需要给计算机提供更慢的时钟，以容纳较大的寄存器文件