为什么 JALR 对偏移量的 LSB 进行编码？

Question

我们知道jal指定了一个 21 位的偏移量。但是，它不编码 21 位偏移量而是编码 20 位偏移量。原因是地址的最低有效位始终为零，因为最小可能的 RISC-V 指令是 2 个字节，因此该位未在指令中编码。

通过以这种方式对偏移进行编码，它可以提供 ±1MiB 的跳跃范围。如果jal确实对 LSB 进行编码，它将仅提供 ±512KiB 的跳跃范围。

但是，jalr指定 12 位偏移量的指令确实对 LSB 进行了编码。这将跳跃范围减少到 ±2kiB（而不是 ±4kiB）。我知道它jalr使用 I 型格式，它与addi此类指令的立即数的 LSB 必须编码相同。但是，我认为没有理由必须对jalr.

Answer 1

JALR 用于两个相对不同的目的：

• 间接分支，例如
  • 函数返回
  • 间接函数调用（例如函数指针；vtables/虚拟调度），以及，
• 中远分支（在两条指令序列中，具有 32 位 pc 相对范围）。

对于前者，间接分支，立即数始终为 0，也就是说实际上根本不使用立即数！

对于后者，该指令与 结合使用AUIPC，形成 pc 相对寻址的高 20 位，JALR然后结合使用形成低 12 位，总 pc 相对偏移量为 32 位。

但是，AUIPC既用于远分支，也用于 pc 相关数据访问。因此，它们都共享 12 位偏移量——加载/存储使用它们的 12 位立即数，JALR接下来的套装也使用 12 位立即数字段，就像加载和存储一样。设计人员选择共享AUIPC而不是AUIPC为这两种用途提供两种不同的用途（从代码到代码的引用与从代码到数据的引用）。

综上所述， 的范围JALR大多不重要，只要能提供剩余的 12 位对AUIPC的 20 位进行补码即可。当然还有其他方法，但这确实具有重用且只需要一条AUIPC指令的优点。