KOSMOS-16 ISA Specification

opcode - код операции
rd - регистр-назначение
rs - регистр-источник
functN - дополнительный код операции, N указывает величину в битах

opcode	значение
`000`	R-type (регистр + регистр)
`001`	I-type (регистр + immediate)
`010`	S-type (запись значения регистра в память)
`011`	L-type (загрузка значения из памяти в регистр) + JALR
`100`	B-type (прыжок с условием)
`101`	UJ-type (безусловный прыжок)
`110`	LI-type (загрузка константы)
`111`	Syscalls

Регистры

8 16-битных регистров

Регистр	Назначение	Двоичный адрес
`x0`	Всегда равен нулю, запись невозможна	`000`
`x1`	Return Address, адрес возврата	`001`
`x2`	Stack pointer, указатель на область стэка памяти	`010`
`x3`
`x4-x7`	General Purpose регистры

R-type

Операции с двумя регистрами с сохранением результата в третий.

3 bit	3bit	3bit	4bit	3bit
`rd`	`rs1`	`rs2`	`funct4`	`opcode`

r-type

Инструкции

Инструкция	`funct4`	Операция
`ADD`	`0000`	\(rd \leftarrow rs1+rs2\)
`SUB`	`0001`	\(rd \leftarrow rs1-rs2\)
`SLL`	`0010`	\(rd \leftarrow rs1 \ll rs2\)
`SRL`	`0011`	\(rd \leftarrow rs1 \gg rs2\), logical
`OR`	`0100`	\(rd \leftarrow rs1 \lor rs2\)
`XOR`	`0101`	\(rd \leftarrow rs1 \oplus rs2\)
`AND`	`0110`	\(rd \leftarrow rs1 \land rs2\)
`SLT`	`0111`	\(rd \leftarrow (rs1 < rs2)\), signed
`SLTU`	`1000`	\(rd \leftarrow (rs1 < rs2)\), unsigned
`SRA`	`1001`	\(rd \leftarrow rs1 \gg rs2\), arithmetic
`NOR`	`1010`	\(rd \leftarrow \neg(rs1 \lor rs2)\)
Reserved	`1011`–`1111`	Available for future instructions

I-type

Операции с одним регистром и непосредственным значением (immediate). Результат сохраняется в тот же регистр.

3 bit	7bit	3bit	3 bit
`rd\rs1`	`imm`	`funct3`	`opcode`

i-type

Инструкции

Инструкция	`funct3`	Операция
`ADDI`	`000`	Add signed immediate
`SLLI`	`001`	Logical left shift
`SRLI`	`010`	Logical right shift
`SRAI`	`011`	Arithmetic right shift
`ORI`	`100`	Bitwise OR with immediate
`XORI`	`101`	Bitwise XOR with immediate
`ANDI`	`110`	Bitwise AND with immediate
Reserved	`111`	Available for future instructions

S-type

Stores.

3 bit	3 bit	3 bit	3 bit	1bit	3 bit
`imm[5:3]`	`rs1`	`rs2`	`imm[2:0]`	`funct1`	`opcode`

Записывает значение rs2 по адресу rs1 + смещение imm

Инструкции

Instruction	`funct1`	Operation
`SB`	`0`	Store the lowest 8 bits of `rs2`
`SH`	`1`	Store all 16 bits of `rs2`

L-type

Loads and JALR.

3 bit	3 bit	5bit	2bit	3 bit
`rd`	`rs1`	`imm`	`funct2`	`opcode`

Инструкции

Instruction	`funct2`	Operation
`LB`	`00`	Load 8 bits to `rd` on memory address `rs1 + signed(immediate)` and sign-extends.
`LH`	`01`	Load 16 bits to `rd` on memory address`rs1 + signed(immediate)`
`LBU`	`10`	Load 8 bits to `rd` on memory address `rs1 + signed(immediate)` and zero-extends
`JALR`	`11`	Jump And Link Register. Jumps by address in `rs1 + signed(immediate)` and store PC+2 in `rd`

B-type

Условный переход на основе сравнения двух регистров.

3 bit	3 bit	3 bit	2 bit	2 bit	3 bit
`imm[4:2]`	`rs1`	`rs2`	`imm[1:0]`	`funct2`	`opcode`

Переход выполняется, если условие сравнения регистров rs1 и rs2 выполняется. Смещение imm определяет адрес перехода относительно текущего PC.

Инструкции

Instruction	`funct2`	Operation
`BEQ`	`00`	Branch if `rs1` is equal to`rs2`
`BNE`	`01`	Branch if `rs1` is not equal to `rs2`
`BGE`	`10`	Branch if `rs1` is greater than or equal `rs2`
`BLTU`	`11`	Branch if `rs1` is less than `rs2`

J-type

Безусловный переход с сохранением адреса возврата в регистр rd.

3 bit	10 bit	3 bit
`rd`	`immediate`	`opcode`

Адрес следующей инструкции сохраняется в rd, после чего выполняется переход на смещение imm относительно текущего PC.
imm относительно текущего PC.

U-type

Upper immediate instructions. These instructions load an immediate value into the upper portion of a register or construct a PC-relative address.

`rd`	`imm`	`funct1`	`opcode`
3 bits	9 bits	1 bit	3 bits

Инструкции

Instruction	Operation	`funct1`
`LUI`	Load upper immediate into `rd`	`0`
`AUIPC`	Add upper immediate to the current PC and store the result in `rd`	`1`