一文看懂RISC-V代码密度

RISC-V的代码密度表现一直被人诟病，那么，它的现状真的这么不值一提吗？

首先，RISC-V对代码密度做过一些专门的优化。在指令集方面，它通过量化分析的方法测试了spec等benchmark，找到高频指令并将它们放到16位指令的编码当中，这就是目前的compress指令集；在ABI方面，rv32e通过限制16个寄存器，使代码可以生产更多的16位指令；在编译器和Runtime中，它支持-msave-restore功能通过库函数调用的方式弥补了由于没有push/pop指令造成的一部分代码密度损失。这里需要特别指出的是，RISC-V的链接器做了较多的relax优化，即某些指令的目标符号距离比较接近的时候，可以优化使用更少的指令。比如函数跳转，比如具体在4k之内，可以使用一条jalr指令实现，而如果超过4k的话，则需要auipc+jalr或者lui+jalr两条指令实现。一般在未链接的object文件中，预留的都是指令条数最多的形式，链接之后很大一部分将被优化。如果测试的benchmark如果统计的是object文件，比如CSiBE，那么结果会比实际的要差一些。

那么，在做了这些优化之后，为什么RISC-V的代码密度还是被这么多人诟病呢？主要是由于compress指令集设计时，基于的benchmark是spec2006，它在应用PC端非常具有代表性，但在嵌入式领域却不具有典型性。所以在RISC-V 64位核中，它的代码密度表现还不错，但是在真正关心代码密度的嵌入式领域表现却不尽如人意。其次，ABI也需要重新针对嵌入式领域做量化评估和设计。



目前，社区正在设计、制定针对嵌入式领域的新的ABI——EABI（EmbeddedABI），它不仅会调整Calling Convention以减少中断延迟，也会考虑代码密度，使用量化分析地方法设计出一套对嵌入式领域优化的ABI。平头哥作为EABI Task Group的Co-Chair，也参与其中推动EABI的前进。

作为平头哥玄铁系列科普文章之一，以上是本文关于RISC-V代码密度的介绍及平头哥在其中的优化成果的简介，更多关于RISC-V指令集优劣势分析等内容可参见后续文章。

本文转自平头哥芯片开放社区（occ），更多详情请前往https://occ.t-head.cn/space?channelName=1 。