RISC-V 中 JAL 和 JALR 指令的偏移地址

Question

在 RISC-V 规范中，写到 JAL 和 JALR 指令中的立即数被转换为跳转偏移量：

1. 将给定的立即数符号扩展到 XLEN 位。

2. 将 LSB 设置为零。

关于这个，我有几个问题。

问题 1

对于 JAL，这给出了一个范围：

000000000000 to 111111111110

也就是说，4KiB。

在这里，如果 LSB 必须始终为零，为什么不将立即数视为地址的强制零 LSB 之前的 12 位，从而将地址范围增加到：

[000000000000]0 to [111111111111]0      

[ ] 表示给定的立即数偏移量，内部在给定的立即数偏移量的末尾添加一个零。那是，

1. 左移一点点给出地址。

2. 将结果符号扩展到 XLEN 位。

问题2

如何区分正偏移和负偏移？是否使用了给定偏移量的 MSB？

Answer 1

JAL有一个 20 位偏移量和一个寄存器作为操作数。

其操作是pc := pc + sxt ( imm20 << 1 ).

从公式中可以看出，分支是与 pc 相关的。立即数可以达到 +/- 1 MBJAL。立即数移位一位，真正的 LSB 始终为零，因此不进行编码。

由于 RISC V 支持 16 位倍数（两个字节）的指令，因此我们不能假设下一个 LSB 也为零，就像 MIPS（具有 32 位指令）一样。

除了执行分支之外，JAL还可以选择使用寄存器操作数来捕获返回地址。

JAL的功能是使用其 20 位范围执行相对较远的 pc 分支或调用。（与 RISC V 条件分支指令相比，RISC V 条件分支指令只有 12 位，范围为 +/- 4 KB。）

JALR有一个 12 位偏移量和两个寄存器作为操作数。

其操作是pc := ( rs1 + sxt ( imm12 ) ) & -2.

从公式中可以看出，分支是寄存器间接的，相对于 中的值rs1。

同样JAL，JALR也可以捕获返回地址。

JALR用于从函数返回（也称为RET汇编。在这种形式中，$ra 用作源寄存器，并且不捕获返回地址）。这使用零作为偏移量（即不需要偏移量）。

JALR还用于执行间接函数调用：通过函数指针、虚拟方法分派等进行调用。这些用途也使用零作为偏移量。

JALR也可以与 顺序使用AUIPC。

AUIPC有一个 20 位偏移量和一个寄存器作为操作数。

其操作是rd := pc + ( imm20 << 12 ).

它计算 pc 相对立即数的上半部分（同时还提供非相对 pc 的下半部分）。

与 结合使用JALR，可以完成 32 位 pc 相关的分支或调用。

AUIPC r5, labelFarAway      # AUIPC encodes upper 20 bits of label's distance from pc
JALR r5, $ra, labelFarAway  # JALR encodes the lower 12 bits of same