为什么 RV32I 包含 ADDI 和 XORI 等指令，但不包含 BLTI？

Question

我没有 ISA 设计经验。我一直在阅读https://riscv.org/specifications/ 第 2 章第 21 页。

有人能解释一下为什么 RISC-V 有使用立即数的算术和逻辑指令，例如 ADDI 和 XORI，但没有类似的条件分支指令，例如 BLTI、BEQI 等。

（其中Branch Less Than Immediate 会将寄存器与常量进行比较，如果小于则分支。）

我的不知情的看法是 BLTI 会经常用于 C 中的固定长度循环，例如：

for (int i = 0; i < 16; i++) {
    ...
}

为什么算术和逻辑指令比分支指令更值得立即变体？

Answer 1

分支已经需要将分支目标偏移编码为立即数，在其中拟合两个立即数操作数会更难。将它们都做得更小会使它们更适合，但也会降低指令的实用性。

这样的分支偶尔会有用，但在我看来你高估了它的用处：在典型的循环中，不需要直接将循环计数器与其边界值进行比较，实际上大多数循环变量甚至都没有进入编译代码。

作为一个小例子（使用更高的计数来避免循环完全展开），

int test(int *data) {
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < 255; i++)
        sum += data[i];
    return sum;
}

被Clang编译成：

test(int*):                              # @test(int*)
    addi    a2, zero, 1020
    mv      a3, zero
    mv      a1, zero
.LBB0_1:                                # =>This Inner Loop Header: Depth=1
    add     a4, a0, a3
    lw      a4, 0(a4)
    add     a1, a4, a1
    addi    a3, a3, 4
    bne     a3, a2, .LBB0_1
    mv      a0, a1
    ret

Clang 在这里所做的是计算最终的地址，然后循环直到到达该地址，从存在中删除循环计数器。

这是一个有点特殊的情况，但也有其他技巧。例如，在许多情况下，循环退出测试可以转换为当寄存器减为零时退出的循环，这很容易测试，因为 RISCV 有bnez。如有必要，原始循环计数器可以与其共存（不参与循环退出测试），或者如果可能，它可以再次消失。