浅谈RISC条件分支

　　在以前的文章中，我分享了RISC-V用户可以在基本指令集的基础上面，进行定制化的设计，但是无论怎样，都要能够支撑整数基本指令集，可以看出基本指令集的重要性。我们已经详细介绍了RISC-V中非常重要的整数计算指令。想了解的同学可以看以前的文章＂浅谈RISC-V指令集（二）- 整数计算指令＂。我们已经分享了RISC-V中控制转移指令的无条件转移，今天我们继续另外一个条件分支。
　　条件分支指令格式
　　条件分支指令使用的是SB类指令格式，立即数在这里表示编码了一个2N的有符号数偏移量。在使用时，将偏移量加到pc，就构成了跳转的目标地址，需要说明的是跳转的范围相比无条件转移要差一些，只能到[-4KB,4KB]（无条件转移可以到[-1MB,1MB]）的范围。
　　在RISC-V中，条件分支指令的基本指令格式如下图所示：
　　其中src1/src2为两个5bit的寄存器，funct3中为src1和src2中数据比较结果的表示指令，可以表示相等、不相等、小于、大于等于的比较结果。
　　首先需要说明的是，整个比较过程有符号数和无符号数都分开进行比较。整个比较过程，可以描述如下。
　　分支指令在运行过程中，比较寄存器rs1和寄存器rs2，根据比较结果，做相应的跳转动作：rs1和rs2相等，BEQ跳转；rs1和rs2不相等，BNE跳转；rs1小于rs2，BLT和BLTU跳转；rs1大于等于rs2，BGE和BGEU跳转；
　　众所周知，程序的执行效率和跳转的执行次数息息相关。所以软件在优化的过程中，应该保证程序中顺序代码执行的路径为主要的执行路径，将跳转执行指令放到主要执行路径之外。一般情况下，程序向前跳转可以被认为是不需要预测跳转的，而向后跳转时要被预测跳转。不过在现在的处理器中，动态分支预测器可以很好的完成上面的预测工作。
　　对比条件分支和无条件转移，我们可以做以下总结：无条件转移采用相对寻址；条件分支的偏移量范围要远远小于无条件转移；条件分支对条件预测的要求比较高。
　　条件分支指令解析
　　通过上面的指令格式，我们了解到RISC-V通过直接比较rs1寄存器和rs2寄存器来进行分支操作。这和之前的X86、ARM、MIPS等指令集的处理方式不同。例如ARM指令集是通过使用条件码、MIPS则是通过比较寄存器和0。那么RISC-V为什么要这么设计，主要有以下几点考虑：将比较和分支指令放到一起，可以不需要额外的条件码以及临时寄存器，这样就减少了动态取指令的次数。MIPS中和0相比的处理办法，会带来比较严重的电路延时。和算术比较相比，并没有多少优势。将比较和分支合并之后，在取指令阶段，即可清楚是否需要条件分支。
　　小结
　　我们分享了RISC-V中控制转移指令中的条件分支，并且比较了两种方式的优劣，以及RISC-V采用这种条件分支方式的原因。后面我会继续分享RISC-V的其他指令内容，欢迎大家继续关注。