RISC-V RVV第17讲之RVV 标准向量扩展

RISC-V RVV第17讲之RVV 标准向量扩展

完整的V扩展使用单个V字母来表示，V扩展还可以拆分为子扩展，子扩展以zve前缀命名，用户可以根据实际嵌入式芯片的实际需要来选择子扩展，以此减少芯片面积。

另外还提供zvl扩展，用来指示最小向量长度。

1 Zvl*：最小向量长度标准扩展

标准向量扩展对VLEN有一定要求，如：VLEN≥ELEN，VLEN必须是2的幂，且VLEN <= 65536（即2的16次幂）, 常见的VLEN = 128bits，256bits，512bits。

所以提供一组向量长度扩展（zvl）以指定RVV扩展的最小向量长度，这个参数可以提供给编译器来进行自动向量化，或者宣传硬件能力等。

通过下面的命令可以查看march所对应的zvl扩展，以-march=rv64imafdcv_zvl512b为例。

$ riscv64-unknown-linux-gnu-gcc -march=rv64imafdcv_zvl512b -dM -E - < /dev/null | grep zvl

#define __riscv_zvl32b 1000000
#define __riscv_zvl128b 1000000
#define __riscv_zvl256b 1000000
#define __riscv_zvl512b 1000000
#define __riscv_zvl64b 1000000

2 Zve*: 向量子扩展

以下5个子扩展提供不同程度的RVV支持，比如：

• zve32x与zve64x只支持整数运算，而不支持浮点数运算

• zve32f 与 zve64f支持整数运算与单精度浮点运算，不支持双精度浮点运算

• zve64d支持整数运算，单精度浮点运算，双精度浮点运算

这些扩展中的任何一个都可以与XLEN=32或XLEN=64的基础ISA组合，比如：rv32imafdc_zve32f，rv32imafdc_zve64d 等。

以上扩展是有依赖包含关系：

// https://github.com/gcc-mirror/gcc/blob/1b306039ac49f8ad91ca71d3de3150a3c9fa792a/gcc/config/riscv/arch-canonicalize
// https://github.com/gcc-mirror/gcc/blob/1b306039ac49f8ad91ca71d3de3150a3c9fa792a/gcc/common/config/riscv/riscv-common.cc
  "v" : ["zvl128b", "zve64d"],
  "zve32x" : ["zvl32b"],
  "zve64x" : ["zve32x", "zvl64b"],
  "zve32f" : ["f", "zve32x"],
  "zve64f" : ["f", "zve32f", "zve64x"],
  "zve64d" : ["d", "zve64f"],

可见：

1. v扩展依赖zvl128b与zve64d扩展

2. zve32x依赖zvl32b扩展

3. zve64x依赖zve32x与zvl64b扩展

   等等

当设置了v扩展，表示同时打开了zvl128b与zve64d扩展

约束：

1. 所有Zve*扩展都支持EEW = 8、16和32，Zve64* 扩展除支持EEW = 8、16和32外，也支持EEW = 64；
2. 所有Zve*扩展都支持向量配置指令（见第6讲向量设置指令vsetvli/vsetivli/vsetvl）
3. 所有Zve*扩展都支持所有向量加载和存储指令（见第10讲向量加载存储指令），但Zve64*扩展在XLEN=32时不支持EEW=64的索引load&store（如march=rv32imafc_zve64f 不支持 vluxei64.v vloxei64.v vsuxei64.v vsoxei64.v 指令）
4. 所有Zve*扩展都支持所有向量整数指令（见第11讲整数算术指令），但Zve64*扩展不支持EEW=64的vmulh指令
5. 所有Zve*扩展都支持所有向量定点算术指令（见第12讲定点算术指令），但Zve64*扩展不支持EEW=64的vsmul指令
6. 所有Zve*扩展都支持所有单宽度，扩宽/缩减指令
7. 所有Zve*扩展都支持所有mask指令（见第15讲Mask指令）
8. zve32x与zve64x只支持整数运算，而不支持浮点数运算
9. zve32f 与 zve64f支持整数运算与单精度浮点运算，不支持双精度浮点运算
10. zve64d支持整数运算，单精度浮点运算，双精度浮点运算

3 V扩展

完整的RVV扩展使用单个V字母来表示。

完整的RVV扩展将设置misa.v位，V向量扩展需要Zvl128b