RISC-V RVV第5讲之RVV向量指令格式

RISC-V RVV第5讲之RVV 向量指令格式

目录

• RISC-V RVV第5讲之RVV 向量指令格式
  • 1 向量与标量操作
  • 2 向量操作中的 SEW EEW LMUL EMUL参数
  • 3 向量掩码（Masking）操作
  • 4 Prestart, Active, Inactive, Body, 和 Tail 部分
  • 参考：

这一章讲述向量指令格式，RVV指令分为如下几种格式：

1. 向量load指令（LOAD-FP）：

2. 向量store指令（STORE-FP）：

3. 向量操作指令（OP-V）：

4. 向量设置指令（OP-V）：

占用的编码空间如下图：

1 向量与标量操作

在向量指令集中，指令通常可以分成两大类，一类是向量(vector)运算指令，另一类是标量(scalar)运算指令。向量运算指的是对向量寄存器中所有通道的数据同时进行运算，而标量运算一般指的是只对向量寄存器中第0个通道的数据或者与通用寄存器进行运算。

标量(scalar)操作：

RVV 标量操作的对象可以是立即数，标量寄存器器（x0-x31），浮点寄存器（f0-f31），或向量寄存器的0号元素，标量操作不受LMUL参数影响。可参考第16讲的MV指令，可以看到这些指令的作用。

下面的指令是在标量x寄存器与向量寄存器的元素0之间传输单个值，属于标量运算，标量操作不受LMUL参数影响。

vmv.x.s rd, vs2 # x[rd] = vs2[0] (vs1=0) 
vmv.s.x vd, rs1 # vd[0] = x[rs1] (vs2=0) 

向量(vector)操作：

向量运算指的是对向量寄存器中所有通道的数据同时进行运算，所以受LMUL参数的控制。

vmv.v.v 指令用于将vs1中所有通道的元素同时搬移到vd向量寄存器中，并受LMUL参数控制

vmv.v.v vd, vs1 # vd[i] = vs1[i]

vmv.v.x 用于把通用寄存器rs1的值同时搬移到vd向量寄存器的所有通道，并受LMUL参数控制

vmv.v.x vd, rs1 # vd[i] = x[rs1]

vmv.v.i 用于把立即数imm同时搬移到vd向量寄存器的所有通道，并受LMUL参数控制

vmv.v.i vd, imm # vd[i] = imm

2 向量操作中的 SEW EEW LMUL EMUL参数

RVV向量操作都需要设置EEW(有效的元素位宽)和EMUL(有效寄存器组乘系数)。用来确定元素位宽和摆放位置，对于大多数指令EEW=SEW和EMUL=LMUL，但些加宽指令中，目的操作数的EEW增加一倍，为了保持元素的数量是一样的，则EMUL也需加宽一倍。

SEW EEW LMUL EMUL 这四个参数有如下关系：

EEW/EMUL = SEW/LMUL

分为如下情况：

• 一般指令，EEW=SEW 且 EMUL=LMUL
• 加宽指令，对于源操作数：EEW=SEW 且 EMUL=LMUL， 对于目的操作数：EEW=2 * SEW 且 EMUL= 2 * LMUL
• 缩减指令，对于源操作数：EEW=2 * SEW 且 EMUL= 2 * LMUL，对于目的操作数：EEW=SEW 且 EMUL=LMUL

示例见第2讲。

注意： EMUL可以取不同值{1/8, 1/4, 1/2, 1, 2, 4, 8} 表明，向量操作数可能占据一个或多个向量寄存器，但编码中使用编号小的寄存器来指定这个向量寄存器组。

例如：

 vmv1r.v v1, v2    # 将v1寄存器内容拷贝到v2
 vmv2r.v v10, v12  # 将v10 v11 寄存器内容拷贝到 v11 v12 
 vmv4r.v v4, v8    # 将v4 v5 v6 v7 寄存器内容拷贝到 v8 v9 v10 v11
 vmv8r.v v0, v8    # 将v0-v7 寄存器内容拷贝到 v8-v15

向量操作EMUL（或LMUL）满足如下约束：

EMUL <= 8 (LMUL <= 8)

3 向量掩码（Masking）操作

向量指令的bit25位vm用来表明是否存在掩码操作。

当向量指令的bit25位vm = 0 代表指令存在掩码操作，vm = 1 表示一般指令（非掩码操作）

如下汇编指令：

vop.v* v1, v2, v3, v0.t # enabled where v0.mask[i]=1, vm=0
vop.v* v1, v2, v3       # unmasked vector operation, vm=1

v0.t 表示掩码，其中.t表示ture，当v0.mask[i] = 1，控制的第i个元素进行vop操作

如果没有v0.t掩码，表示不进行掩码操作(vm=1)

注意：当前的RVV只支持一个向量掩码寄存器v0，具体细节参考掩码指令一章

4 Prestart, Active, Inactive, Body, 和 Tail 部分

第3讲vstart寄存器一节已经对这个概念进行了举例说明，重新拷贝到这里：

下面以一个示例详细的讲述一下向量寄存器的的Prestart部分，Body部分，Tail 部分，Active 元素， Inactive元素，不同部分使用不同颜色块区分。

举例：VLEN = 128 bits，当元素类型为int32_t时，每个RVV寄存器可以装4个元素（VLEN / SEW）, LMUL 可以取{1/2，1， 2, 4, 8}（为什么LMUL不能取1/8 与 1/4? 这是因为ELEN EMUL 与 SEW要满足约束：ELEN * EMUL >= SEW），所以vlmax = LMUL*VLEN/SEW

下图所示：

VLEN = 128 bits
SEW = 32
LMUL = 8

vstart = 2

所以：
Prestart部分[a0,a1]
Body部分 [a2,a28]
Tail部分 [a29, a31]

其中Body部分，可以设置一部分参与运算（设置为Active），一部分不参与运算（设置为Inactive）
Inactive 元素，a8与a10, 不参与运算
Active 元素，a2-a28除a8与a10, 参与运算

或者换一个视角，将上图重画一下：

还有如下几个注意事项：

1. Prestart部分不会拷贝到目的寄存器
2. Tail 部分是否拷贝到目的寄存器受vta参数控制
3. Inactive 元素是否拷贝到目的寄存器受vma参数控制（vma 和 vta字段见第3讲）

参考：

1. rvv-intrinsic-doc