LR.W

RISC-V LR.W 指令详解

指令手册R-type

原子加载32位字并建立预留,供后续 SC.W 判断条件存储是否可成功

指令语法

lr.w rd, (rs1)
操作数说明
rd:接收旧内存值,LR.W 符号扩展到 XLEN;rd=x0 只丢弃写回,不取消内存访问和预留。
rs1:直接提供自然对齐的地址,没有 offset 立即数;LR.W 需 4 字节对齐,LR.D 仅 RV64 且需 8 字节对齐。
rs2 编码固定为 00000,不是第二个源操作数;funct5=00010,aq/rl 是独立排序位。
AZalrsc原子操作

指令行为说明

LR.W 从 rs1 指向的地址原子读取 32 位字,将读取值符号扩展到 XLEN 后写入 rd,并建立覆盖该访问字节的 reservation set。它本身不写内存;后续 SC.W 使用该预留判断条件存储是否成功。aq 位可为 LR/SC 序列提供 acquire 语义;对 LR 单独设置 rl 而不同时设置 aq 不保证更强排序,且排序仅适用于该指令访问的地址域。

LR.W 原子指令解析与执行动画

展示 A / Zalrsc word 原子指令的字段解析、aq/rl 排序位、内存读取和 reservation 状态更新。

rd
rs1
lr.w
,(
)
执行环境
31..27
26
25
24..20
19..15
14..12
11..7
6..0
00010
funct5
1
aq
0
rl
00000
rs2=00000
01010
rs1
010
funct3
00101
rd
0101111
opcode
原子数据路径
instruction
0x140522AF
opcode
0101111 -> AMO
funct3
010 -> word width
funct5
00010 -> LR.W
aq / rl
1/0 -> acquire
rd / rs1
t0(x5) / a0(x10)=0x00001000
memory read
mem[0x00001000] -> old word 0x00000005
reservation
尚未计算
rd / reservation
t0(x5) = 未指定初值; mem[0x00001000] = 0x00000005
当前步骤

概念步骤:拿到 32-bit 原子指令编码

A / Zalrsc 扩展 word 原子指令使用 32-bit 编码;动画先展示字段切分。

encoding: 0x140522AF
syntax : lr.w.aq t0(x5), (a0(x10))
待提交结果 : 尚未计算

本例假定自然对齐的地址区域支持 LR/SC 且可读,取指及访问成功。预留覆盖全部访问字节,但不展示实现定义的完整大小、其他 hart/设备写入或 SC 成功条件;aq/rl 只排序所访问的 memory/I/O 地址域。步骤是教学拆解。

快速理解与检索要点

LR.W 是 LR/SC 序列的第一步:读取内存中的 32 位旧值并建立预留。页面重点不是普通 load,而是“读取旧值 + 建立 reservation + 后续 SC.W 消费该 reservation”。

R-type 字段中 rs2 必须为 x0;funct5=00010、funct3=010、opcode=0101111 共同识别 LR.W。
LR.W 读取 32 位字,写入 rd 时符号扩展到 XLEN;在 RV64 上高位来自 bit 31 的符号扩展。
LR.W 建立 reservation set,但不保证后续 SC.W 一定成功;SC.W 仍可能失败并需要软件循环处理。
aq 可为 LR/SC 序列提供 acquire 语义;对 LR 单独设置 rl 而不同时设置 aq 不保证更强排序,且这些位不改变 LR.W 读取旧值并建立预留的基本数据结果。

常见使用场景

原子与同步

结合 «lr.w.aq t0, (a0) # load word from *a0 with acquire ordering, set reservation» 等实际代码理解该场景。

使用前检查清单

语法检查
  • 语法为 rd, (rs1),rs2 编码固定为 00000;aq/rl 是独立排序位。
语义检查
  • 确认支持 Zalrsc 或 A,地址区域可预留且自然对齐;LR.D 仅 RV64。未对齐 LR 必须产生地址未对齐或访问错误异常。
  • 读取旧值并建立覆盖全部访问字节的预留;LR.W 符号扩展到 XLEN。不写内存,不保证后续 SC 成功。

容易混淆 / 常见误区

地址必须4字节对齐
LR.W 本身只读取并建立预留;条件存储由后续 SC.W 尝试
若另一 hart 对 reservation set 的存储可被观察到发生在 LR.W 与 SC.W 之间,SC.W 必须失败
同一hart上的新LR会覆盖之前的预留

常见问题

LR.W 是普通 lw 加一个标记吗?

不是。LR.W 与 LW 都读取 32 位字并符号扩展写入 rd,但 LR.W 还建立 reservation set,供后续 SC.W 判断条件存储。

LR.W 后面的 SC.W 一定会成功吗?

不一定。预留可能失效,且 SC.W 可能失败;软件应检查 SC.W 写入 rd 的结果,失败时重试 LR/SC 序列。