为什么RV32I包含诸如ADDI和XORI之类的指令，而不包含BLTI？

Question

我对ISA设计没有经验。我一直在读https://riscv.org/specifications/第2章，第21页。

有人能解释一下为什么RISC-V有直接的算术指令和逻辑指令，如ADDI和XORI，但没有类似的条件分支指令，如BLTI、BEQI等。

(其中，Branch Less Than Immediate会将寄存器与常量和分支进行比较，如果比较少的话。)

我不知情的意见是，BLTI将经常用于C中的固定长度循环，例如：

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

为什么算术指令和逻辑指令比分支指令更适合直接变体？

Answer 1

分支已经需要将分支目标偏移编码为立即的，在其中匹配两个直接操作数将更加困难。使两者都大大缩小将使他们适应，但也将减少使用的指示。

这样的分支偶尔会有用，但我认为您高估了它的有用性:在典型的循环中，没有必要直接将循环计数器与其边值进行比较，实际上，大多数循环变量甚至没有将其放入编译的代码中。

作为一个小例子(使用更高的计数以避免循环的完全展开)，

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

由Clang汇编成：

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地址，然后循环直到到达该地址，从而消除循环计数器的存在。

这是一个有点特殊的情况，但也有其他的窍门。例如，在许多情况下，循环退出测试可以转换为当寄存器减少到零时退出的循环，这很容易测试，因为RISCV有bnez。如果有必要，原始循环计数器可以与该计数器共存(不参与循环退出测试)，或者，如果可能的话，它可以再次消失。