自制:LoongArch32精简版指令手册

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基础整数指令定义

算术运算类指令

ADD.W

指令格式： add.w rd, rj, rk

功能描述： ADD.W 将通用寄存器 rj 中的数据加上通用寄存器 rk 中的数据，所得结果的[31:0]位写入通用寄存器 rd 中。

操作定义：

tmp = GR[rj] + GR[rk]

GR[rd] = tmp[31:0]

SUB.W

指令格式： sub.w rd, rj, rk

功能描述： SUB.W 将通用寄存器 rj 中的数据减去通用寄存器 rk 中的数据，所得结果的[31:0]位写入通用寄存器 rd中。

操作定义：

tmp = GR[rj] - GR[rk]

GR[rd] = tmp[31:0]

ADDI.W

指令格式： addi.w rd, rj, si12

功能描述： ADDI.W 将通用寄存器 rj 中的数据加上 12 比特立即数 si12 符号扩展后的 32 位数据，所得结果写入通用寄存器 rd 中。

操作定义：

tmp = GR[rj] + SignExtend(si12, 32)

GR[rd] = tmp[31:0]

LUI12I.W

指令格式： lu12i.w rd, si20

功能描述： LU12I.W 将 20 比特立即数 si20 最低位连接上 12 比特 0 后写入通用寄存器 rd 中。

操作定义：

GR[rd] = {si20, 12’b0}

SLT

指令格式： slt rd, rj, rk

功能描述： SLT 将通用寄存器 rj 中的数据与通用寄存器 rk 中的数据视作有符号整数进行大小比较，如果前者小于后者，则将通用寄存器 rd 的值置为 1，否则置为 0。

操作定义：

GR[rd] = (signed(GR[rj]) < signed(GR[rk])) ? 1 : 0

SLTU

指令格式： sltu rd, rj, rk

功能描述： SLTU 将通用寄存器 rj 中的数据与通用寄存器 rk 中的数据视作无符号整数进行大小比较，如果前者小于后者，则将通用寄存器 rd 的值置为 1，否则置为 0 。

操作定义：

GR[rd] = (unsigned(GR[rj]) < unsigned(GR[rk])) ? 1 : 0

SLTI

指令格式： slti rd, rj, si12

功能描述： SLTI 将通用寄存器 rj 中的数据与 12 比特立即数 si12 符号扩展后所得的数据视作有符号整数进行大小比较，如果前者小于后者，则将通用寄存器 rd 的值置为 1，否则置为 0。

操作定义：

tmp = SignExtend(si12, 32)

GR[rd] = (signed(GR[rj]) < signed(tmp)) ? 1 : 0

SLTUI

指令格式： sltui rd, rj, si12

功能描述： SLTI 将通用寄存器 rj 中的数据与 12 比特立即数 si12 符号扩展后所得的数据视作无符号整数进行大小比较，如果前者小于后者，则将通用寄存器 rd 的值置为 1，否则置为 0。

操作定义：

tmp = SignExtend(si12, 32)

GR[rd] = (unsigned(GR[rj]) < unsigned(tmp)) ? 1 : 0

PCADDU12I

指令格式： pcaddu12i rd, si20

功能描述： PCADDU12I 将 20 比特立即数 si20 最低位连接上 12 比特 0 之后符号扩展，所得数据加上该指令的 PC，相加结果写入通用寄存器 rd 中。

操作定义：

GR[rd] = PC + SignExtend({si20, 12’b0}, 32)

MUL.W

指令格式： mul.w rd, rj, rk

功能描述： MUL.W 将通用寄存器 rj 中的数据与通用寄存器 rk 中的数据进行相乘，乘积结果的[31:0]位数据写入通用寄存器 rd 中。

操作定义：

product = signed(GR[rj]) * signed(GR[rk])

GR[rd] = product[31:0]

MULH.W

指令格式： mulh.w rd, rj, rk

功能描述： MULH.W将通用寄存器rj中的数据与通用寄存器rk中的数据视作有符号数进行相乘，乘积结果的[63:32]位数据写入通用寄存器 rd 中。

操作定义：

product = signed(GR[rj]) * signed(GR[rk])

GR[rd] = product[63:32]

MULH.WU

指令格式： mulh.wu rd, rj, rk

功能描述： MULH.WU 将通用寄存器 rj 中的数据与通用寄存器 rk 中的数据视作无符号数进行相乘，乘积结果的[63:32]位数据符号扩展后写入通用寄存器 rd 中。

操作定义：

product = unsigned(GR[rj]) * unsigned(GR[rk])

GR[rd] = product[63:32]

DIV.W，DIV.WU

指令格式：

div.w rd, rj, rk

div.wu rd, rj, rk

功能描述： DIV.W 和 DIV.WU 将通用寄存器 rj 中的数据除以通用寄存器 rk 中的数据，所得的商写入通用寄存器rd 中。

操作定义：

DIV.W:

quotient = signed(GR[rj]) / signed(GR[rk])

GR[rd] = quotient[31:0]

DIV.WU:

quotient = unsigned(GR[rj]) / unsigned(GR[rk])

GR[rd] = quotient[31:0]

MOD.W，MOD.WU

指令格式：

mod.w rd, rj, rk

mod.wu rd, rj, rk

功能描述： MOD.W 和 MOD.WU 将通用寄存器 rj 中的数据除以通用寄存器 rk 中的数据，所得的余数写入通用寄存器 rd 中。

操作定义：

MOD.W:

remainder = signed(GR[rj]) % signed(GR[rk])

GR[rd] = remainder[31:0]

MOD.WU:

remainder = unsigned(GR[rj]) % unsigned(GR[rk])

GR[rd] = remainder[31:0]

逻辑运算类指令

#### AND

指令格式： and rd, rj, rk

功能描述： AND 将通用寄存器 rj 中的数据与通用寄存器 rk 中的数据进行按位逻辑与运算，结果写入通用寄存器rd 中。

操作定义：

GR[rd] = GR[rj] & GR[rk]

OR

指令格式： or rd, rj, rk

功能描述： OR 将通用寄存器 rj 中的数据与通用寄存器 rk 中的数据进行按位逻辑或运算，结果写入通用寄存器 rd中。

操作定义：

NOR

指令格式： nor rd, rj, rk

功能描述： NOR 将通用寄存器 rj 中的数据与通用寄存器 rk 中的数据进行按位逻辑或非运算，结果写入通用寄存器rd 中。

操作定义：

XOR

指令格式： xor rd, rj, rk

功能描述： XOR 将通用寄存器 rj 中的数据与通用寄存器 rk 中的数据进行按位逻辑异或运算，结果写入通用寄存器rd 中。

操作定义：

GR[rd] = GR[rj] ^ GR[rk]

ANDI

指令格式： andi rd, rj, rk

功能描述： ANDI 将通用寄存器 rj 中的数据与 12 比特立即数零扩展之后的数据进行按位逻辑与运算，结果写入通用寄存器 rd 中。

操作定义：

GR[rd] = GR[rj] & ZeroExtend(ui12, 32)

ORI

指令格式： ori rd, rj, rk

功能描述： ORI 将通用寄存器 rj 中的数据与 12 比特立即数零扩展之后的数据进行按位逻辑或运算，结果写入通用寄存器 rd 中。

操作定义：

XORI

指令格式： xori rd, rj, rk

功能描述： XORI 将通用寄存器 rj 中的数据与 12 比特立即数零扩展之后的数据进行按位逻辑异或运算，结果写入通用寄存器 rd 中。

操作定义：

GR[rd] = GR[rj] ^ ZeroExtend(ui12, 32)

移位运算类指令

#### SLL.W

指令格式： sll.w rd, rj, rk

功能描述： SLL.W 将通用寄存器 rj 中的数据逻辑左移，移位结果写入通用寄存器 rd 中。

操作定义：

tmp = SLL(GR[rj], GR[rk][4:0])

GR[rd] = tmp[31:0]

SRL.W

指令格式： srl.w rd, rj, rk

功能描述： SRL.W 将通用寄存器 rj 中的数据逻辑右移，移位结果写入通用寄存器 rd中。

操作定义：

tmp = SRL(GR[rj], GR[rk][4:0])

GR[rd] = tmp[31:0]

SRA.W

指令格式： sra.w rd, rj, rk

功能描述： SRA.W 将通用寄存器 rj 中的数据算术右移，移位结果写入通用寄存器 rd 中。

操作定义：

tmp = SRA(GR[rj], GR[rk][4:0])

GR[rd] = tmp[31:0]

SLLI.W

指令格式： slli.w rd, rj, ui5

功能描述： SLLI.W 将通用寄存器 rj 中的数据逻辑左移，移位结果写入通用寄存器 rd 中。

操作定义：

tmp = SLL(GR[rj], ui5)

GR[rd] = tmp[31:0]

SRLI.W

指令格式： srli.w rd, rj, ui5

功能描述： SRLI.W 将通用寄存器 rj 中的数据逻辑右移，移位结果写入通用寄存器 rd 中。

操作定义：

tmp = SRL(GR[rj], ui5)

GR[rd] = tmp[31:0]

SRAI.W

指令格式： srai.w rd, rj, ui5

功能描述： SRAI.W 将通用寄存器 rj 中的数据算术右移，移位结果写入通用寄存器 rd 中。

操作定义：

tmp = SRA(GR[rj], ui5)

GR[rd] = tmp[31:0]

转移指令

#### BEQ

指令格式： beq rj, rd, offs16

功能描述： BEQ 将通用寄存器 rj 和通用寄存器 rd 的值进行比较，如果两者相等则跳转到目标地址，否则不跳转。

其跳转目标地址计算方式是将指令码中的16比特立即数offs16逻辑左移2位后再符号扩展，所得的偏移值加上该分支指令的PC。

操作定义：

if GR[rj] == GR[rd] :

​ PC = PC + SignExtend({offs16, 2’b0}, 32)

BNE

指令格式： bne rj, rd, offs16

功能描述： BNE 将通用寄存器 rj 和通用寄存器 rd 的值进行比较，如果两者不等则跳转到目标地址，否则不跳转。

其跳转目标地址计算方式是将指令码中的16比特立即数offs16逻辑左移2位后再符号扩展，所得的偏移值加上该分支指令的PC。

操作定义：

if GR[rj] != GR[rd] :

​ PC = PC + SignExtend({offs16, 2’b0}, 32)

BLT

指令格式： blt rj, rd, offs16

功能描述： BLT 将通用寄存器 rj 和通用寄存器 rd 的值视作有符号数进行比较，如果前者小于后者则跳转到目标地址，否则不跳转。

其跳转目标地址计算方式是将指令码中的16比特立即数offs16逻辑左移2位后再符号扩展，所得的偏移值加上该分支指令的PC。

操作定义：

if signed(GR[rj]) < signed(GR[rd]) :

​ PC = PC + SignExtend({offs16, 2’b0}, 32)

BGE

指令格式： bge rj, rd, offs16

功能描述： BGE 将通用寄存器 rj 和通用寄存器 rd 的值视作有符号数进行比较，如果前者大于等于后者则跳转到目标地址，否则不跳转。

其跳转目标地址计算方式是将指令码中的16比特立即数offs16逻辑左移2位后再符号扩展，所得的偏移值加上该分支指令的PC。

操作定义：

if signed(GR[rj]) >= signed(GR[rd]) :

​ PC = PC + SignExtend({offs16, 2’b0}, 32)

BLTU

指令格式： bltu rj, rd, offs16

功能描述： BLTU 将通用寄存器 rj 和通用寄存器 rd 的值视作无符号数进行比较，如果前者小于后者则跳转到目标地址，否则不跳转。

其跳转目标地址计算方式是将指令码中的16比特立即数offs16逻辑左移2位后再符号扩展，所得的偏移值加上该分支指令的PC。

操作定义：

if unsigned(GR[rj]) < unsigned(GR[rd]) :

​ PC = PC + SignExtend({offs16, 2’b0}, 32)

BGEU

指令格式： bgeu rj, rd, offs16

功能描述： BGEU 将通用寄存器 rj 和通用寄存器 rd 的值视作无符号数进行比较，如果前者大于等于后者则跳转到目标地址，否则不跳转。

其跳转目标地址计算方式是将指令码中的16比特立即数offs16逻辑左移2位后再符号扩展，所得的偏移值加上该分支指令的PC。

操作定义：

if unsigned(GR[rj]) >= unsigned(GR[rd]) :

​ PC = PC + SignExtend({offs16, 2’b0}, 32)

B

指令格式： b offs26

功能描述： B 无条件跳转到目标地址处。

其跳转目标地址是将指令码中的 26 比特立即数 offs26 逻辑左移 2 位后再符号扩展，所得的偏移值加上该分支指令的 PC。

操作定义：

PC = PC + SignExtend({offs26, 2’b0}, 32)

BL

指令格式： bl offs26

功能描述： BL 无条件跳转到目标地址处，同时将该指令的 PC 值加 4 的结果写入到 1 号通用寄存器 r1 中。

其跳转目标地址是将指令码中的 26 比特立即数 offs26 逻辑左移 2 位后再符号扩展，所得的偏移值加上该分支指令的 PC。

操作定义：

GR[1] = PC + 4

PC = PC + SignExtend({offs26, 2’b0}, 32)

JIRL

指令格式： jirl rj, rd, offs16

功能描述： JIRL 无条件跳转到目标地址处，同时将该指令的 PC 值加 4 的结果写入到通用寄存器 rd 中。

该指令的跳转目标地址是将指令码中的 16 比特立即数 offs16 逻辑左移 2 位后再符号扩展，所得的偏移值加上通用寄存器 rj中的值。

操作定义：

GR[rd] = PC + 4

PC = GR[rj] + SignExtend({offs16, 2’b0}, 32)

注：上述指令如果在写汇编时采用直接填入偏移值的方式，则汇编表示中的立即数应

填入以字节为单位的偏移值，即指令码中offs«2。

普通访存指令

#### LD.B，LD.H，LD.W

指令格式：

ld.b rd, rj, si12

ld.h rd, rj, si12

ld.w rd, rj, si12

功能描述： LD.{B/H}从内存取回一个字节/半字的数据符号扩展后写入通用寄存器 rd，LD.W 从内存取回一个字的数据写入通用寄存器 rd。

其访存地址计算方式是将通用寄存器rj中的值与符号扩展后的12比特立即数si12相加求和。

操作定义：

LD.B:

vaddr = GR[rj] + SignExtend(si12, 32)

AddressComplianceCheck(vaddr)

paddr = AddressTranslation(vaddr)

byte = MemoryLoad(paddr, BYTE)

GR[rd] = SignExtend(byte, 32)

LD.H:

vaddr = GR[rj] + SignExtend(si12, 32)

AddressComplianceCheck(vaddr)

paddr = AddressTranslation(vaddr)

halfword = MemoryLoad(paddr, HALFWORD)

GR[rd] = SignExtend(halfword, 32)

LD.W:

vaddr = GR[rj] + SignExtend(si12, 32)

AddressComplianceCheck(vaddr)

paddr = AddressTranslation(vaddr)

word = MemoryLoad(paddr, WORD)

GR[rd] = word

例外：如果访存地址非自然对齐¹，则触发地址非对齐例外（ALE）。

LD.BU，LD.HU

指令格式：

ld.bu rd, rj, si12

ld.hu rd, rj, si12

功能描述： LD.{BU/HU}从内存取回一个字节/半字的数据零扩展后写入通用寄存器 rd。

其访存地址计算方式是将通用寄存器rj中的值与符号扩展后的12比特立即数si12相加求和。

操作定义：

LD.BU:

vaddr = GR[rj] + SignExtend(si12, 32)

AddressComplianceCheck(vaddr)

paddr = AddressTranslation(vaddr)

byte = MemoryLoad(paddr, BYTE)

GR[rd] = ZeroExtend(byte, 32)

LD.HU:

vaddr = GR[rj] + SignExtend(si12, 32)

AddressComplianceCheck(vaddr)

paddr = AddressTranslation(vaddr)

halfword = MemoryLoad(paddr, HALFWORD)

GR[rd] = ZeroExtend(halfword, 32)

例外：如果访存地址非自然对齐¹，则触发地址非对齐例外（ALE）。

ST.B，ST.H，ST.W

指令格式：

st.b rd, rj, si12

st.h rd, rj, si12

st.w rd, rj, si12

功能描述： ST.{B/H/W}将通用寄存器 rd 中的[7:0]/[15:0]/[31:0]位数据写入到内存中。

其访存地址计算方式是将通用寄存器rj中的值与符号扩展后的12比特立即数si12相加求和。

操作定义：

ST.B:

vaddr = GR[rj] + SignExtend(si12, 32)

AddressComplianceCheck(vaddr)

paddr = AddressTranslation(vaddr)

MemoryStore(GR[rd][7:0], paddr, BYTE)

ST.H:

vaddr = GR[rj] + SignExtend(si12, 32)

AddressComplianceCheck(vaddr)

paddr = AddressTranslation(vaddr)

MemoryStore(GR[rd][15:0], paddr, HALFWORD)

ST.W:

vaddr = GR[rj] + SignExtend(si12, 32)

AddressComplianceCheck(vaddr)

paddr = AddressTranslation(vaddr)

MemoryStore(GR[rd][31:0], paddr, WORD)

例外：如果访存地址非自然对齐¹，则触发地址非对齐例外（ALE）。

PRELD

指令格式： preld hint, rj, si12

功能描述： PRELD 从内存中预取一个 Cache 行的数据进入 Cache 中。其访存地址的计算方式是将通用寄存器 rj 中的值与符号扩展后的 12 比特立即数 si12 相加求和。该访存地址落在待预取的 Cache 行内。

PRELD 指令中的 hint 提示处理器预取的类型以及取回的数据填入哪一级 Cache。hint 从 0~31 有 32 个可选值。目前 hint=0 定义为 load 预取至一级数据 Cache，hint=8 定义为 store 预取至一级数据 Cache。其余hint 值的含义暂未定义，处理器执行时视同 NOP 指令处理。

如果 PRELD 指令的访存地址的 Cache 属性不是 cached，那么该指令不能产生访存动作，视同 NOP 指令处理。

原子访存指令

#### LL.W, SC.W

指令格式：

ll.w rd, rj, si14

sc.w rd, rj, si14

功能描述： LL.W 和 SC.W 这一对指令用于实现原子的“读-修改-写”访存操作序列。LL.W 指令从内存指定地址取回一个字的数据符号扩展后写入通用寄存器 rd，与之配对的 SC.W 指令操作同样宽度的数据且访问相同的内存地址。访存操作序列原子性的维护机制是，LL.W 执行时记录下访问地址并置上一个标记（LLbit 置为1），SC.W 指令执行时会查看 LLbit，仅当 LLbit 为 1 时才真正产生写动作，否则不写。当软件需要一定成功完成一个原子的“读-修改-写”访存操作序列时，需要构建一个循环来反复执行 LL-SC 指令对直至 SC 成功完成。为了构建这个循环，SC.{W/D}指令会将其执行成功与否的标志（也可以简单理解为 SC 指令执行时所看到的 LLbit 值）写入到通用寄存器 rd 中返回。

在配对的 LL-SC 执行期间，下列事件会让 LLbit 清 0：

❖ 执行了 ERTN 指令且执行时 CSR.LLBCTL 中的 KLO 位不等于 1；

❖ 其它处理器核或 Cache Coherent I/O master 对该 LLbit 对应的地址所在的 Cache 行执行完成了一个store 操作。

如果 LL-SC 指令对访问地址的存储访问属性不是 Cached，那么执行结果不确定。

需要注意的是，上述指令在计算内存地址时，需要将指令码中的 si14 左移 2 位后再与基址相加，即

vaddr = GR[rj] + SignExtend({si14, 2’b0}, 32)

栅障指令

#### DBAR

指令格式： dbar hint

功能描述： DBAR 指令用于完成 load/store 访存操作之间的栅障功能。其携带的立即数 hint 用于指示该栅障的同步对象和同步程度。

hint 值为 0 是默认必须实现的，其指示一个完全功能的同步栅障。只有等到之前所有 load/store 访存操作彻底执行完毕后，“DBAR 0”指令才能开始执行；且只有“DBAR 0”执行完成执行后，其后所有 load/store访存操作才能开始执行。

如果没有专门的功能实现，其它所有 hint 值都必须按照 hint=0 执行。

IBAR

指令格式： ibar hint

功能描述： IBAR 指令使用完成单个处理器核内部 store 操作与取指操作之间的同步。其携带的立即数 hint 用于指示该栅障的同步对象和同步程度。

hint 值为 0 是默认必须实现的。它能够确保“IBAR 0”指令之后的取指一定能够观察到“IBAR 0”指令之前所有 store操作的执行效果。

其它杂项指令

#### SYSCALL

指令格式： syscall code

功能描述： 执行 SYSCALL 指令将立即无条件的触发系统调用例外。

指令码中 code 域携带的信息可供例外处理例程作为所传递的参数使用。

例外：执行SYSCALL指令将确定地立刻触发系统调用例外（SYS）。

BREAK

指令格式： break code

功能描述： 执行 BREAK 指令将立即无条件的触发系统调用例外。

指令码中 code 域携带的信息可供例外处理例程作为所传递的参数使用。

例外：执行BREAK指令将确定地立刻触发断点例外（BRK）。

RDCNTV{L/H}.W, RDCNTID

指令格式：

rdcntvl.w rd

rdcntvh.w rd

rdcntid rj

功能描述： 龙芯架构 32 位精简版定义了一个恒定频率计时器，其主体是一个 64 位的计数器，称为 Stable Counter。Stable Counter 在复位后置为 0，随后每个计数时钟周期自增 1，当计数至全 1 时自动绕回至 0 继续自增。同时每个计时器都有一个软件可配置的全局唯一编号，称为 Counter ID。

RDCNTV{L/H}.W 指令用于读取恒定频率计时器信息，其中 RDCNTVL.W 读取 Counter 的[31:0]位写入通用寄存器 rd 中，RDCNTVH.W 读取 Counter 的[63:32]位。RDCNTID Counter ID 号信息写入通用寄存器 rj中。

龙芯架构 32 位精简版中的 RDCNTVL.W rd、RDCNTVH.W rd 和 RDCNTID rj 指令实际上分别对应 32位龙芯架构中的RDTIMEL.W rd, zero、RDTIMEH.W rd, zero和RDTIMEL.W zero, rj这三种 RDTIME{L/H}.W指令的特殊使用。

操作定义：

RDCNTVL.W:

GR[rd] = Counter [31:0]

RDCNTVH.W:

GR[rd] = Counter [63:32]

RDCNTID:

GR[rj] = Counter ID

基础浮点数指令

## 浮点运算类指令

FADD.{S/D}

指令格式：

fadd.s fd, fj, fk

fadd.d fd, fj, fk

功能描述： FADD.{S/D}指令将浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数加上浮点寄存器 fk 中的单精度/双精度浮点数，得到的单精度/双精度浮点数结果写入到浮点寄存器 fd 中。浮点加法运算遵循 IEEE 754-2008 标准中addition(x,y)操作的规范。

操作定义：

FADD.S:

FR[fd][31:0] = FP32_addition(FR[fj][31:0], FR[fk][31:0])

FADD.D:

FR[fd] = FP64_addition(FR[fj], FR[fk])

FSUB.{S/D}

指令格式：

fsub.s fd, fj, fk

fsub.d fd, fj, fk

功能描述： FSUB.{S/D}指令将浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数减去浮点寄存器 fk 中的单精度/双精度浮点数，得到的单精度/双精度浮点数结果写入到浮点寄存器 fd 中。浮点减法运算遵循 IEEE 754-2008 标准中subtraction(x,y)操作的规范。

操作定义：

FSUB.S:

FR[fd][31:0] = FP32_subtraction(FR[fj][31:0], FR[fk][31:0])

FSUB.D:

FR[fd] = FP64_subtraction(FR[fj], FR[fk])

FMUL.{S/D}

指令格式：

fmul.s fd, fj, fk

fmul.d fd, fj, fk

功能描述： FMUL.{S/D}指令将浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数乘以浮点寄存器 fk 中的单精度/双精度浮点数，得到的单精度/双精度浮点数结果写入到浮点寄存器 fd 中。浮点乘法运算遵循 IEEE 754-2008 标准中multiplication(x,y)操作的规范。

操作定义：

FMUL.S:

FR[fd][31:0] = FP32_multiplication(FR[fj][31:0], FR[fk][31:0])

FMUL.D:

FR[fd] = FP64_multiplication(FR[fj], FR[fk])

FDIV.{S/D}

指令格式：

fdiv.s fd, fj, fk

fdiv.d fd, fj, fk

功能描述： FDIV.{S/D}指令将浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数除以浮点寄存器 fk 中的单精度/双精度浮点数，得到的单精度/双精度浮点数结果写入到浮点寄存器 fd 中。浮点除法运算遵循 IEEE 754-2008 标准中division(x,y)操作的规范。

操作定义：

FDIV.S:

FR[fd][31:0] = FP32_division(FR[fj][31:0], FR[fk][31:0])

FDIV.D:

FR[fd] = FP64_division(FR[fj], FR[fk])

FMADD.{S/D}

指令格式：

fmadd.s fd, fj, fk

fmadd.d fd, fj, fk

功能描述： FMADD.{S/D}指令将浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数与浮点寄存器 fk 中的单精度/双精度浮点数相乘，得到的结果加上浮点寄存器 fa 中的单精度/双精度浮点数，得到的单精度/双精度浮点数结果写入到浮点寄存器 fd 中。

操作定义：

FMADD.S:

FR[fd][31:0] = FP32_fusedMultiplyAdd(FR[fj][31:0], FR[fk][31:0], FR[fa][31:0])

FMADD.D:

FR[fd] = FP64_fusedMultiplyAdd(FR[fj], FR[fk], FR[fa])

FMSUB.{S/D}

指令格式：

fmsub.s fd, fj, fk

fmsub.d fd, fj, fk

功能描述： FMSUB.{S/D}指令将浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数与浮点寄存器 fk 中的单精度/双精度浮点数相乘，得到的结果减去浮点寄存器 fa 中的单精度/双精度浮点数，得到的单精度/双精度浮点数结果写入到浮点寄存器 fd 中。

操作定义：

FMSUB.S:

FR[fd][31:0] = FP32_fusedMultiplyAdd(FR[fj][31:0], FR[fk][31:0], -FR[fa][31:0])

FMSUB.D:

FR[fd] = FP64_fusedMultiplyAdd(FR[fj], FR[fk], -FR[fa])

FNMADD.{S/D}

指令格式：

fnmadd.s fd, fj, fk

fnmadd.d fd, fj, fk

功能描述： FNMADD.{S/D}指令将浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数与浮点寄存器 fk 中的单精度/双精度浮点数相乘，得到的结果加上浮点寄存器 fa 中的单精度/双精度浮点数，得到的单精度/双精度浮点数结果取负后写入到浮点寄存器 fd 中。

操作定义：

FNMADD.S:

FR[fd][31:0] = -FP32_fusedMultiplyAdd(FR[fj][31:0], FR[fk][31:0], FR[fa][31:0])

FNMADD.D:

FR[fd] = -FP64_fusedMultiplyAdd(FR[fj], FR[fk], FR[fa])

FNMSUB.{S/D}

指令格式：

fnmsub.s fd, fj, fk

fnmsub.d fd, fj, fk

功能描述： FNMSUB.{S/D}指令将浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数与浮点寄存器 fk 中的单精度/双精度浮点数相乘，得到的结果减去浮点寄存器 fa 中的单精度/双精度浮点数，得到的单精度/双精度浮点数结果取负后写入到浮点寄存器 fd 中。

操作定义：

FNMSUB.S:

FR[fd][31:0] = -FP32_fusedMultiplyAdd(FR[fj][31:0], FR[fk][31:0], -FR[fa][31:0])

FNMSUB.D:

FR[fd] = -FP64_fusedMultiplyAdd(FR[fj], FR[fk], -FR[fa])

FMAX.{S/D}

指令格式：

fmax.s fd, fj, fk

fmax.d fd, fj, fk

功能描述： FMAX.{S/D}指令选择浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数与浮点寄存器 fk 中的单精度/双精度浮点数中的较大者写入到浮点寄存器 fd 中。这两条指令的运算遵循 IEEE 754-2008 标准中 maxNum(x,y)操作的规范。

操作定义：

FMAX.S:

FR[fd][31:0] = FP32_maxNum(FR[fj][31:0], FR[fk][31:0])

FMAX.D:

FR[fd] = FP64_maxNum(FR[fj], FR[fk])

FMIN.{S/D}

指令格式：

fmin.s fd, fj, fk

fmin.d fd, fj, fk

功能描述： FMIN.{S/D}指令选择浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数与浮点寄存器 fk 中的单精度/双精度浮点数中的较小者写入到浮点寄存器 fd 中。这两条指令的运算遵循 IEEE 754-2008 标准中 minNum(x,y)操作的规范。

操作定义：

FMIN.S:

FR[fd][31:0] = FP32_minNum(FR[fj][31:0], FR[fk][31:0])

FMIN.D:

FR[fd] = FP64_minNum(FR[fj], FR[fk])

FMAXA.{S/D}

指令格式：

fmaxa.s fd, fj, fk

fmaxa.d fd, fj, fk

功能描述： FMAXA.{S/D}指令选择浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数与浮点寄存器 fk 中的单精度/双精度浮点数中绝对值较大者写入到浮点寄存器 fd 中。这两条指令的运算遵循 IEEE 754-2008 标准中 maxNumMag(x,y)操作的规范。

操作定义：

FMAXA.S:

FR[fd][31:0] = FP32_maxNumMag(FR[fj][31:0], FR[fk][31:0])

FMAXA.D:

FR[fd] = FP64_maxNumMag(FR[fj], FR[fk])

FMINA.{S/D}

指令格式：

fmina.s fd, fj, fk

fmina.d fd, fj, fk

功能描述： FMINA.{S/D}指令选择浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数与浮点寄存器 fk 中的单精度/双精度浮点数中绝对值较小者写入到浮点寄存器fd中。这两条指令的运算遵循IEEE 754-2008标准中minNumMag(x,y)操作的规范。

操作定义：

FMINA.S:

FR[fd][31:0] = FP32_minNumMag(FR[fj][31:0], FR[fk][31:0])

FMINA.D:

FR[fd] = FP64_minNumMag(FR[fj], FR[fk])

FABS.{S/D}

指令格式：

fabs.s fd, fj

fabs.d fd, fj

功能描述： FABS.{S/D}指令选择浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数，取其绝对值（也即将符号位置为 0，其它部分不变），写入到浮点寄存器 fd 中。这两条指令的运算遵循 IEEE 754-2008 标准中 abs(x)操作的规范。

操作定义：

FABS.S:

FR[fd][31:0] = FP32_abs(FR[fj][31:0])

FABS.D:

FR[fd] = FP64_abs(FR[fj])

FNEG.{S/D}

指令格式：

fneg.s fd, fj

fneg.d fd, fj

功能描述： FNEG.{S/D}指令选择浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数，取其相反数（也即将符号位取反，其它部分不变），写入到浮点寄存器 fd 中。这两条指令的运算遵循 IEEE 754-2008 标准中 negate(x)操作的规范。

操作定义：

FNEG.S:

FR[fd][31:0] = FP32_negate(FR[fj][31:0])

FNEG.D:

FR[fd] = FP64_negate(FR[fj])

FSQRT.{S/D}

指令格式：

fsqrt.s fd, fj

fsqrt.d fd, fj

功能描述： FSQRT.{S/D}指令选择浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数，将其开方后得到的单精度/双精度浮点数写入到浮点寄存器 fd 中。浮点开方运算遵循 IEEE 754-2008 标准中 squareRoot(x)操作的规范。

操作定义：

FSQRT.S:

FR[fd][31:0] = FP32_squareRoot(FR[fj][31:0])

FSQRT.D:

FR[fd] = FP64_squareRoot(FR[fj])

FRECIP.{S/D}

指令格式：

frecip.s fd, fj

frecip.d fd, fj

功能描述： FRECIP.{S/D}指令选择浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数，用 1.0 除以这个浮点数后将得到的单精度/双精度浮点数写入到浮点寄存器 fd 中。相当于 IEEE 754-2008 标准中 division(1.0,x)操作。

操作定义：

FRECIP.S:

FR[fd][31:0] = FP32_division(1.0, FR[fj][31:0])

FRECIP.D:

FR[fd] = FP64_division(1.0, FR[fj])

FRSQRT.{S/D}

指令格式：

frsqrt.s fd, fj

frsqrt.d fd, fj

功能描述： FRSQRT.{S/D}指令选择浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数，将其开方后得到的单精度/双精度浮点数再用 1.0除，得到的单精度/双精度浮点数写入到浮点寄存器 fd 中。浮点开方求倒运算遵循 IEEE 754-2008标准中 rSqrt(x)操作的规范。

操作定义：

FRSQRT.S:

FR[fd][31:0] = FP32_division(1.0, FP_squareRoot(FR[fj][31:0]))

FRSQRT.D:

FR[fd] = FP64_division(1.0, FP_squareRoot(FR[fj]))

FCOPYSIGN.{S/D}

指令格式：

fcopysign.s fd, fj, fk

fcopysign.d fd, fj, fk

功能描述： FCOPYSIGN.{S/D}指令选择浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数，将它的符号位改为浮点寄存器 fk中的单精度/双精度浮点数的符号位，得到的新的单精度/双精度浮点数写入到浮点寄存器 fd 中。浮点复制符号运算遵循 IEEE 754-2008 标准中 copySign(x, y)操作的规范。

操作定义：

FCOPYSIGN.S:

FR[fd][31:0] = FP32_copySign(FR[fj][31:0], FR[fk][31:0])

FCOPYSIGN.D:

FR[fd] = FP64_copySign(FR[fj], FR[fk])

FCLASS.{S/D}

指令格式：

fclass.s fd, fj

fclass.d fd, fj

功能描述： 本指令对浮点寄存器 fj 中的浮点数进行类别的判断，所得的判断结果一共由 10 比特信息组成，每比特的含义如下表所示:

当被判断的数据符合某个比特对应的条件时，结果信息向量的对应比特就会被置为 1。该指令对应IEEE 754-2008 标准中的 class(x)函数。

操作定义：

FCLASS.S:

FR[fd][31:0] = FP32_class(FR[fj][31:0])

FCLASS.D:

FR[fd] = FP64_class(FR[fj])

浮点比较指令

#### FCMP.cond.{S/D}

指令格式：

fcmp.cond.s cc, fj, fk

fcmp.cond.d cc, fj, f

功能描述： 这是一条浮点比较指令，将比较的结果存入指定的状态码（cc）。这条指令的 cond 有 22 种，这些比较条件以及判断的标准在下表中列出来:

浮点转换指令

#### FCVT.S.D

指令格式： fcvt.s.d fd, fj

功能描述： FCVT.S.D 指令选择浮点寄存器 fj 中的双精度浮点数转换为单精度浮点数，得到的单精度浮点数写入到浮点寄存器 fd 中。

操作定义：

FR[fd][31:0] = FP32_convertFormat(FR[fj], FP64)

FCVT.D.S

指令格式： fcvt.d.s fd, fj

功能描述： FCVT.D.S 指令选择浮点寄存器 fj 中的单精度浮点数转换为双精度浮点数，得到的双精度浮点数写入到浮点寄存器 fd 中。

操作定义：

FR[fd] = FP64_convertFormat(FR[fj][31:0], FP32)

FFINT.{S/D}.W

指令格式：

ffint.s.w fd, fj

ffint.d.w fd, fj

功能描述： FFINT.{S/D}.W 指令选择浮点寄存器 fj 中的整数型定点数转换为单精度/双精度浮点数，得到的单精度/双精度浮点数写入到浮点寄存器 fd 中。此浮点格式转换运算遵循 IEEE 754-2008 标准中 convertFromInt(x)操作的规范。

操作定义：

FFINT.S.W:

FR[fd][31:0] = FP32_convertFromInt(FR[fj][31:0], SINT32)

FFINT.D.W:

FR[fd] = FP64_convertFromInt(FR[fj][31:0], SINT32)

FTINT.W.{S/D}

指令格式：

ftint.w.s fd, fj

ftint.w.d fd, fj

功能描述： FTINT.W.{S/D}指令选择浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数转换为整数型定点数，得到的整数型定点数写入到浮点寄存器 fd 中。根据 FCSR 中不同的状态，此浮点格式转换运算遵循的 IEEE 754-2008 标准中的操作见下表:

操作定义：

FTINT.W.S:

FR[fd][31:0] = FP32convertToSint32(FR[fj][31:0], FCSR.RM)

FTINT.W.D:

FR[fd] = FP64convertToSint32(FR[fj], FCSR.RM)

FTINT{RM/RP/RZ/RNE}.W.{S/D}

指令格式：

ftintrm.w.s fd, fj ftintrp.w.s fd, fj

ftintrm.w.d fd, fj ftintrp.w.d fd, fj

ftintrz.w.s fd, fj ftintrne.w.s fd, fj

ftintrz.w.d fd, fj ftintrne.w.d fd, fj

功能描述： FTINTRM.W.{S/D}指令选择浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数转换为整数型定点数，得到的整数型定点数写入到浮点寄存器 fd 中，采用“向负无穷方向舍入”的方式。

FTINTRP.W.{S/D}指令选择浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数转换为整数型定点数，得到的整数型定点数写入到浮点寄存器fd 中，采用“向正无穷方向舍入”的方式。

FTINTRZ.W.{S/D}指令选择浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数转换为整数型定点数，得到的整数型定点数写入到浮点寄存器 fd 中，采用“向零方向舍入”的方式。

FTINTRNE.W.{S/D}指令选择浮点寄存器 fj 中的单精度/双精度浮点数转换为整数型定点数，得到的整数型定点数写入到浮点寄存器 fd 中，采用“向最近的偶数舍入”的方式。

操作定义：

FTINTRM.W.S:

FR[fd][31:0] = FP32convertToSint32(FR[fj][31:0], 3)

FTINTRM.W.D:

FR[fd] = FP64convertToSint32(FR[fj], 3)

FTINTRP.W.S:

FR[fd][31:0] = FP32convertToSint32(FR[fj][31:0], 2)

FTINTRP.W.D:

FR[fd] = FP64convertToSint32(FR[fj], 2)

FTINTRZ.W.S:

FR[fd][31:0] = FP32convertToSint32(FR[fj][31:0], 1)

FTINTRZ.W.D:

FR[fd] = FP64convertToSint32(FR[fj], 1)

FTINTRNE.W.S:

FR[fd][31:0] = FP32convertToSint32(FR[fj][31:0], 0)

FTINTRNE.W.D:

FR[fd] = FP64convertToSint32(FR[fj], 0)

浮点搬运指令

#### FMOV.{S/D}

指令格式：

fmov.s fd, fj

fmov.d fd, fj

功能描述： FMOV.{S/D}将浮点寄存器 fj 的值按单精度/双精度浮点数格式写入到浮点寄

存器 fd 中，如果 fj 的值不是单精度/双精度浮点数格式，则结果不确定。

操作定义：

FMOV.S：

FR[fd][31:0] = FR[fj][31:0]

FMOV.d：

FR[fd] = FR[fj]

例外：上述指令操作是非算术的，不会引发 IEEE 754 例外，也不修改浮点控制状态寄存器的 Cause 和 Flags域。

FSEL

指令格式： fsel fd, fj, fk, ca

功能描述： FSEL 指令进行条件赋值操作。FSEL 执行时，如果条件标志寄存器 ca 的值等于 0 则将浮点寄存器 fj 的值写入到浮点寄存器 fd 中，否则将浮点寄存器 fk 的值写入到浮点寄存器 fd 中。

操作定义：

FR[fd] = CFR[ca] ? FR[fk] : FR[fj]

MOVGR2FR.W, MOVGR2FRH.W

指令格式：

movgr2fr.w fd, rj

movgr2frh.w fd, rj

功能描述： MOVGR2FR.W 将通用寄存器 rj 值写入浮点寄存器 fd 的低 32 位中。若浮

点寄存器位宽为 64 位，则 fd的高 32 位值不确定。

MOVGR2FRH.W 将通用寄存器 rj 值写入浮点寄存器 fd 的高 32 位中，浮点寄存器 fd 的低 32 位值不变。

操作定义：

MOVGR2FR.W：

FR[fd][31:0] = GR[rj]

MOVGR2FRH.W：

FR[fd][63:32] = GR[rj]

FR[fd][31: 0] = FR[fd][31:0]

MOVFR2GR.S, MOVFRH2GR.S

指令格式：

movfr2gr.s rd, fj

movfrh2gr.s rd, fj

功能描述： MOVFR2GR/MOVFRH2GR.S 将浮点寄存器 fj 的低 32 位/高 32 位值写入

通用寄存器 rd。

操作定义：

MOVFR2GR.S：

GR[rd] = FR[fj][31:0]

MOVFRH2GR.S：

GR[rd] = FR[fj][63:32]

MOVGR2FCSR, MOVFCSR2GR

指令格式：

movgr2fcsr fcsr, rj

movfcsr2gr rd, fcsr

功能描述： MOVGR2FCSR 根据通用寄存器 rj 值修改 fcsr 指示的浮点控制状态寄存器对应的软件可写域的值。如果MOVGR2FCSR 指令修改 FCSR0 使得其 Cause 域的位和对应的 Enables 的位同时为 1，或者修改 FCSR1 的Enables 域、FCSR2 的 Cause 域，使得 Cause 的位和对应 Enables 位同时为 1，MOVGR2FCSR 指令自身不会触发浮点例外。

MOVFCSR2GR 将 fcsr 指示的浮点控制状态寄存器的 32 位值写入通用寄存器 rd。

操作定义：

MOVGR2FCSR：

FCSR[fcsr] = GR[rj]

MOVFCSR2GR：

GR[rd] = FCSR[fcsr]

注：如果上述指令中的 fcsr 指示的浮点控制状态寄存器不存在，则结果不确定。

MOVFR2CF, MOVCF2FR

指令格式：

movfr2cf cd, fj

movcf2fr fd, cj

功能描述：

MOVFR2CF 将浮点寄存器 fj 的最低一比特的值写入条件标志寄存器 cd。

MOVCF2FR 将条件标志寄存器 cj 的值写入浮点寄存器 fd 的最低一比特，fd 余下的位补 0。

操作定义：

MOVFR2CF：

CFR[cd] = FR[fj][0]

MOVCF2FR：

FR[fd][0] = ZeroExtend(CFR[cj], 64)

MOVGR2CF, MOVCF2GR

指令格式：

movgr2cf cd, rj

movcf2gr rd, cj

功能描述：

MOVGR2CF 将通用寄存器 rj 的最低一比特的值写入条件标志寄存器 cd。

MOVCF2GR 将条件标志寄存器 cj 的值写入通用寄存器 rd 的最低一比特，rd 余下的位补 0。

操作定义：

MOVGR2CF：

CFR[cd] = GR[rj][0]

MOVCF2GR：

GR[rd][0] = ZeroExtend(CFR[cj], 32)

浮点分支指令

#### BCEQZ

指令格式： bceqz cj, offs21

功能描述： BCEQZ 对条件标志寄存器 cj 的值进行判断，如果等于 0 则跳转到目标地址，否则不跳转。

跳转目标地址是将指令码中的 21 比特立即数 offs21 逻辑左移 2 位后再符号扩展，所得的偏移值加上该分支指令的 PC。

操作定义：

if CFR[cj]==0 :

PC = PC + SignExtend({offs21, 2’b0}, 32)

BCNEZ

指令格式： bcnez cj, offs21

功能描述： BCNEZ 对条件标志寄存器 cj 的值进行判断，如果不等于 0 则跳转到目标地址，否则不跳转。

跳转目标地址是将指令码中的 21 比特立即数 offs21 逻辑左移 2 位后再符号扩展，所得的偏移值加上该分支指令的 PC。

操作定义：

if CFR[cj]!=0 :

PC = PC + SignExtend({offs21, 2’b0}, 32)

注：上述指令如果在写汇编时采用直接填入偏移值的方式，则汇编表示中的立即数应

填入以字节为单位的偏移值，即指令码中offs«2。

浮点普通访存指令

#### FLD.{S/D}, FST.{S/D}

指令格式：

fld.s fd, rj, si12

fld.d fd, rj, si12

fst.s fd, rj, si12

fst.d fd, rj, si12

功能描述： FLD.S 从内存取回一个字的数据写入浮点寄存器 fd 的低 32 位。若浮点寄存器位宽为 64 位，则 fd 的高32 位值不确定。FLD.D 从内存取回一个双字的数据写入浮点寄存器 fd。

FST.S 将浮点寄存器 fd 中低 32 位字数据写入到内存中。FST.D 将浮点寄存器 fd 中双字数据写入到内存中。

其访存地址计算方式是将通用寄存器 rj 中的值与符号扩展后的 12 比特立即数 si12 相加求和。

操作定义：

FLD.S:

vaddr = GR[rj] + SignExtend(si12, 32)

AddressComplianceCheck(vaddr)

paddr = AddressTranslation(vaddr)

word = MemoryLoad(paddr, WORD)

FR[fd][31:0] = word

FLD.D:

vaddr = GR[rj] + SignExtend(si12, 32)

AddressComplianceCheck(vaddr)

paddr = AddressTranslation(vaddr)

doubleword = MemoryLoad(paddr, DOUBLEWORD)

FR[fd] = doubleword

FST.S:

vaddr = GR[rj] + SignExtend(si12, 32)

AddressComplianceCheck(vaddr)

paddr = AddressTranslation(vaddr)

MemoryStore(FR[fd][31:0], paddr, WORD)

FST.D:

vaddr = GR[rj] + SignExtend(si12, 32)

AddressComplianceCheck(vaddr)

paddr = AddressTranslation(vaddr)

MemoryStore(FR[fd][63:0], paddr, DOUBLEWORD)

例外：如果访存地址非自然对齐¹，则触发地址非对齐例外（ALE）。

特权指令

## CSR 访问指令

CSRRD, CSRWR, CSRXCHG

指令格式：

csrrd rd, csr_num

csrwr rd, csr_num

csrxchg rd, rj, csr_num

功能描述：

CSRRD、CSRWR 和 CSRXCHG 指令用于软件访问 CSR。

CSRRD 指令将指定 CSR 的值写入到通用寄存器 rd 中。

CSRWR 指令将通用寄存器 rd 中的旧值写入到指定 CSR 中，同时将指定 CSR 的旧值更新到通用寄存器 rd 中。

CSRXCHG 指令根据通用寄存器 rj 中存放的写掩码信息，将通用寄存器 rd 中的旧值写入到指定 CSR 中对应写掩码为 1 的那些比特，该 CSR 中的其余比特保持不变，同时将该 CSR 的旧值更新到通用寄存器 rd 中。

所有 CSR 寄存器采用独立的寻址空间。上述指令中 CSR 的寻址值来自于指令中的 14 比特立即数csr_num。CSR 的寻址单位是一个 CSR 寄存器，即 0 号 CSR 的 csr_num 是 0，1 号 CSR 的 csr_num 是 1，以此类推。

在龙芯架构 32 位精简版中，所有 CSR 寄存器的位宽都是 32 位。

当 CSR 访问指令访问一个架构中未定义或硬件未实现的 CSR 时，读动作返回全 0 值，写动作不修改处理器的任何软件可见状态。需要提请注意的是，CSRWR 和 CSRXCHG 指令不仅包含更新 CSR 的写动作，也包含读取 CSR 旧值的读动作。

Cache 维护指令

#### CACOP

指令格式： cacop code, rj, si12

功能描述：

CACOP 指令主要用于 Cache 的初始化以及 Cache 一致性维护。

通用寄存器 rj 的值加上符号扩展后的 12 位立即数 si12，将得到 CACOP 指令所用的虚拟地址 VA，其将用于指示被操作 Cache 行的位置。

CACOP 指令访问哪个 Cache 以及进行何种 Cache 操作由指令中 5 比特的 code 决定。code[2:0]指示操作的 Cache 对象，code[4:3]指示操作类型。

code[2:0]=0 表示操作一级私有指令 Cache，code[2:0]=1 表示操作一级私有数据 Cache，code[2:0]=2 表示操作二级共享混合 Cache。

code[4:3]=0 表示用于 Cache 初始化（Store Tag），将指定 Cache 行的 tag 置为全 0。假设被访问的 Cache有（1«Way）路，每一路有（1«Index）个 Cache 行，每个 Cache 行大小为（1«Offset）个字节，那么采用地址直接索引方式意味着，操作该 Cache 的第 VA[Way-1:0]路的第 VA[Index+Offset-1:Offset]个 Cache 行。

code[4:3]=1 表示采用地址直接索引方式维护 Cache 一致性（Index Invalidate / Invalidate and Writeback）。地址直接索引方式的定义请见上一段的描述。维护一致性的操作是对指定的 Cache 进行无效并写回的操作。如果被操作的是指令 Cache，那么仅需要进行无效操作，并不需要将 Cache 行中的数据写回。写回的数据进入到哪一级存储中由具体实现的 Cache 层次及各级间的包含或互斥关系决定。对于数据 Cache 或混合 Cache，由具体实现决定是否仅在 Cache 行数据为脏时才将其写回。

code[4:3]=2 表示采用查询索引方式维护 Cache 一致性（Hit Invalidate / Invalidate and Writeback）。这里维护 Cache 一致性的操作与上面一段所述一致。所谓查询索引方式，是将 CACOP 指令的 VA 视作一个普通 load指令去访问待操作的 Cache，如果命中则对命中的 Cache 行进行操作，否则不做任何操作。由于这个查询过程可能涉及虚实地址转换，所以这种情况下 CACOP 指令可能触发 TLB 相关的例外。不过，由于 CACOP指令操作的对象是 Cache 行，所以这种情况下并不需要考虑地址对齐与否。

code[4:3]=3 属于实现自定义的 Cache 操作，架构规范中不予明确的功能定义。

TLB 维护指令

#### TLBSRCH

指令格式： tlbsrch

功能描述：

使用 CSR.ASID 和 CSR.TLBEHI 的信息去查询 TLB。如果有命中项，那么将命中项的索引值写入到CSR.TLBIDX 的 Index 域，同时将 CSR.TLBIDX 的 NE 位置为 0；如果没有命中项，那么将 CSR.TLBIDX 的NE 位置为 1。

TLB 中各项的索引值计算规则是，从 0 开始依次递增编号，从第 0 行至最后一行。

TLBRD

指令格式： tlbrd

功能描述：

将 CSR.TLBIDX 的 Index 域的值作为索引值去读取 TLB 中的指定项。如果指定位置处是一个有效 TLB项，那么将该 TLB 项的页表信息写入到 CSR.TLBEHI、CSR.TLBELO0、CSR.TLBELO1 和 CSR.TLBIDX.PS中，且将 CSR.TLBIDX 的 NE 位置为 0；如果指定位置处是一个无效 TLB 项，需将 CSR.TLBIDX 的 NE 位置为 1，且将 CSR.ASID.ASID、CSR.TLBEHI、CSR.TLBELO0、CSR.TLBELO1 和 CSR.TLBIDX.PS 全置为0。

需要注意的是，有效/无效 TLB 项和 TLB 中的页表项有效/无效是两个概念。如果访问所用的 index 值超过了 TLB 的范围，则处理器的行为不确定

TLBWR

指令格式： tlbwr

功能描述：

TLBWR 指令将 TLB 相关 CSR 中所存放的页表项信息写入到 TLB 的指定项。被填入的页表项信息来自于 CSR.TLBEHI、CSR.TLBELO0、CSR.TLBELO1 和 CSR.TLBIDX.PS。若此时 CSR.ESTAT.Ecode=0x3F，即处于 TLB 重填例外处理过程中，那么 TLB 中总是填入一个有效项（即 TLB 项的 E 位为 1）。否则的话，就需要看 CSR.TLBIDX.NE 位的值。此时如果 CSR.TLBIDX.NE=1，那么 TLB 中会被填入一个无效 TLB 项；仅当 CSR.TLBIDX.NE=0 时，TLB 中才会被填入一个有效 TLB 项。

执行 TLBWR 时，页表项写入 TLB 的位置是由 CSR.TLBIDX 的 Index 域的值指定的。具体的对应规则请参看 TLBSRCH 指令中关于 TLB中各项索引值的计算规则。

TLBFILL

指令格式： tlbfill

功能描述：

TLBFILL 指令将 TLB 相关 CSR 中所存放的页表项信息填入到 TLB 中。被填入的页表项信息来自于CSR.TLBEHI、CSR.TLBELO0、CSR.TLBELO1 和 CSR.TLBIDX.PS。若此时 CSR.ESTAT.Ecode=0x3F，即处于 TLB 重填例外处理过程中，那么 TLB 中总是填入一个有效项（即 TLB 项的 E 位为 1）。否则的话，就需要看 CSR.TLBIDX.NE 位的值。此时如果 CSR.TLBIDX.NE=1，那么 TLB 中会被填入一个无效 TLB 项；仅当 CSR.TLBIDX.NE=0 时，TLB 中才会被填入一个有效 TLB 项。

执行 TLBFILL 时，页表项被填入到 TLB 的哪一项，是由硬件随机选择的。

INVTLB

指令格式： invtlb op, rj, rk

功能描述：

INVTLB 指令用于无效 TLB 中的内容，以维持 TLB 与内存之间页表数据的一致性。

指令的三个源操作数中，op 是 5 比特立即数，用于指示操作类型。

通用寄存器 rj 的[9:0]位存放无效操作所需的 ASID 信息（称为“寄存器指定 ASID”），其余比特必须填0。当 op 所指示的操作不需要 ASID 时，应将通用寄存器 rj 设置为 r0。

通用寄存器 rk 中用于存放无效操作所需的虚拟地址信息（称为“寄存器指定 VA”）。当 op 所指示的操作不需要虚拟地址信息时，应将通用寄存器 rk 设置为 r0。

各 op 对应的操作如下表所示，未在表中出现的 op 将触发保留指令例外。

其它杂项指令

#### ERTN

指令格式： ertn

功能描述：

ERTN 指令用于从例外处理返回。

将例外对应的 PPLV、PIE 等信息更新至 CSR.CRMD 中，同时跳转到例外所对应的 ERA处开始取指。

例外对应的 PPLV、PIE 信息来自于 CSR.PRMD，例外对应的 ERA 来自于 CSR.ERA。

执行 ERTN 指令时，如果 CSR.LLBCTL 中的 KLO 位不等于 1，则将 LLbit 置 0，否则 LLbit 不修改。

IDLE

指令格式： idle level

功能描述：

IDLE 指令执行完毕后，处理器核将停止取指进入等待状态，直至其被中断唤醒或被复位。从停止状态

被中断唤醒后，处理器核执行的第一条指令是 IDLE 之后的那一条指令。