RISC-V 的 RV32M 是 RV32I 基础整数指令集的乘法 / 除法扩展指令集 （M = Multiplication and Division），专门提供 32 位有符号 / 无符号整数的乘法、除法、取余操作，填补了 RV32I 仅支持基础算术运算的空白。RV32M 属于 RISC-V 标准扩展（非必选，但主流处理器均会实现），所有指令均为 R 型格式（寄存器 - 寄存器操作），操作数和结果均存于通用寄存器（x0~x31）。
一、RV32M 核心特性
-
指令格式 ：全部为R 型指令 ，编码格式如下（7 位 opcode 固定为
0110011，与 RV32I 的算术运算指令同 opcode，通过 funct3/funct7 区分）：31-25 (funct7) 24-20 (rs2) 19-15 (rs1) 14-12 (funct3) 11-7 (rd) 6-0 (opcode) 乘法 / 除法区分 源寄存器 2 源寄存器 1 操作类型 目的寄存器 0110011 -
数据类型 ：仅支持32 位有符号（signed） 和32 位无符号（unsigned） 整数运算；
-
结果处理 ：乘法指令会产生 64 位结果，RV32M 拆分为高 32 位 和低 32 位分别存入两个寄存器；除法 / 取余指令直接产生 32 位结果；
-
异常处理 ：除法 / 取余指令若遇到除数为 0 ，会触发非法指令异常（Illegal Instruction Exception），具体行为由处理器实现定义（部分处理器会返回 0 或固定值）。
二、RV32M 指令集完整列表
RV32M 共包含10 条核心指令 ，分为乘法类 和除法 / 取余类，按功能分类如下（均为 R 型指令）：
1. 乘法类指令（6 条）
处理 32 位整数乘法，结果为 64 位，拆分为低 32 位（LO） 和高 32 位（HI） 分别存储，支持有符号 / 无符号及混合符号乘法。
| 指令名 | 汇编格式 | funct7 | funct3 | 功能描述 | 有符号 / 无符号说明 |
|---|---|---|---|---|---|
mul |
mul rd, rs1, rs2 |
0000001 |
000 |
计算 rs1 × rs2，将低 32 位结果存入 rd | 有符号 × 有符号 |
mulh |
mulh rd, rs1, rs2 |
0000001 |
001 |
计算 rs1 × rs2，将高 32 位结果存入 rd | 有符号 × 有符号 |
mulhsu |
mulhsu rd, rs1, rs2 |
0000001 |
010 |
计算 rs1 × rs2，将高 32 位结果存入 rd | 有符号（rs1） × 无符号（rs2） |
mulhu |
mulhu rd, rs1, rs2 |
0000001 |
011 |
计算 rs1 × rs2，将高 32 位结果存入 rd | 无符号 × 无符号 |
muli |
muli rd, rs1, imm |
- | - | 乘法立即数指令（RV32M 可选扩展），rs1 × 立即数，低 32 位存入 rd | 有符号 × 有符号（立即数为 12 位有符号） |
mulw |
mulw rd, rs1, rs2 |
0000001 |
000 |
仅 RV64M 支持（RV32M 无），32 位乘法结果符号扩展为 64 位存入 rd | - |
关键说明：
- 32 位 × 32 位 乘法的结果是 64 位，因此需要
mul（低 32 位）+mulh/mulhsu/mulhu（高 32 位）配合，才能获取完整结果； - 混合符号乘法（
mulhsu）主要用于地址计算、无符号数与有符号数的运算场景（如偏移量为有符号，基地址为无符号）。
2. 除法 / 取余类指令（4 条）
处理 32 位整数的除法和取余，直接产生 32 位结果，支持有符号 / 无符号运算，除数为 0 会触发异常。
| 指令名 | 汇编格式 | funct7 | funct3 | 功能描述 | 有符号 / 无符号说明 | 余数符号规则 |
|---|---|---|---|---|---|---|
div |
div rd, rs1, rs2 |
0000001 |
100 |
计算 rs1 ÷ rs2，商存入 rd（向零取整） | 有符号 | - |
divu |
divu rd, rs1, rs2 |
0000001 |
101 |
计算 rs1 ÷ rs2，商存入 rd（向零取整） | 无符号 | - |
rem |
rem rd, rs1, rs2 |
0000001 |
110 |
计算 rs1 ÷ rs2，余数存入 rd | 有符号 | 余数符号与被除数（rs1） 一致 |
remu |
remu rd, rs1, rs2 |
0000001 |
111 |
计算 rs1 ÷ rs2，余数存入 rd | 无符号 | 余数为非负数 |
关键说明：
- 向零取整 ：无论被除数 / 除数正负，商的小数部分直接舍弃（如
5 ÷ 2 = 2，-5 ÷ 2 = -2）； - 余数符号 ：有符号取余（
rem）的余数符号与被除数一致（如rem x1, x2, x3，若 x2=-5、x3=2，则 x1=-1）；无符号取余（remu）余数恒为正。
三、指令使用示例
通过具体汇编代码，说明 RV32M 指令的实际应用（基于 RV32IM 架构）：
示例 1：32 位有符号乘法（完整 64 位结果）
计算 12345 × -6789（32 位有符号），获取低 32 位和高 32 位结果：
riscv
# 寄存器初始化：x1=12345（0x3039），x2=-6789（0xFFFFE533）
li x1, 12345
li x2, -6789
# 乘法运算：x3=低32位，x4=高32位
mul x3, x1, x2 # x3 = (12345 × -6789) & 0xFFFFFFFF
mulh x4, x1, x2 # x4 = (12345 × -6789) >> 32（有符号移位）
# 结果：12345 × -6789 = -83810205，64位表示为 0xFFFFFFFC7E6F75B，因此：
# x3 = 0x7E6F75B（低32位），x4 = 0xFFFFFFFF（高32位，有符号扩展）示例 2：无符号除法与取余
计算 0x12345678 ÷ 0x100（无符号），获取商和余数：
riscv
# 寄存器初始化：x1=0x12345678，x2=0x100
li x1, 0x12345678
li x2, 0x100
# 无符号除法+取余：x3=商，x4=余数
divu x3, x1, x2 # x3 = 0x12345678 ÷ 0x100 = 0x123456（商）
remu x4, x1, x2 # x4 = 0x12345678 % 0x100 = 0x78（余数）示例 3：有符号除法与取余（余数符号与被除数一致）
计算 -10 ÷ 3（有符号），验证商和余数规则：
riscv
# 寄存器初始化：x1=-10（0xFFFFFFF6），x2=3
li x1, -10
li x2, 3
# 有符号除法+取余：x3=商，x4=余数
div x3, x1, x2 # x3 = -10 ÷ 3 = -3（向零取整）
rem x4, x1, x2 # x4 = -10 % 3 = -1（余数符号与被除数x1一致）四、RV32M 与 RV64M 的区别
RV32M 是 32 位架构的乘法 / 除法扩展，而 RV64M 是 64 位架构的扩展，核心区别在于：
- 操作数宽度：RV32M 操作 32 位整数，RV64M 操作 64 位整数；
- 乘法结果：RV32M 乘法结果为 64 位（拆分为两个 32 位寄存器），RV64M 乘法结果为 128 位（拆分为两个 64 位寄存器）；
- 额外指令 ：RV64M 新增
mulw/divw/remw等指令，支持32 位运算结果符号扩展为 64 位，兼容 RV32M 的操作。
五、RV32M 实现注意事项
- 硬件开销 ：乘法 / 除法单元是处理器中面积和功耗较大的模块，RV32M 支持流水线实现 （高吞吐率）或迭代实现（低面积），处理器可根据应用场景选择；
- 异常处理 ：必须处理除数为 0 的异常，主流实现会触发
illegal_instruction异常，由操作系统内核处理； - 指令兼容性：RV32M 是 RV32I 的扩展，若处理器未实现 RV32M，执行 M 类指令会触发非法指令异常；
- 性能优化：乘法指令可与其他指令流水线并行执行，除法指令因迭代特性，延迟通常更高（3~10 个时钟周期）。
六、总结
RV32M 是 RISC-V RV32 架构的核心算术扩展 ，通过 10 条 R 型指令实现了 32 位有符号 / 无符号的乘法、除法、取余操作，解决了 RV32I 仅支持基础运算的局限。其设计遵循 RISC-V 的模块化、精简性原则：
- 乘法指令拆分高低位结果，适配 32 位寄存器的限制；
- 除法 / 取余指令明确向零取整和余数符号规则，保证跨平台兼容性；
- 可选实现的特性，让处理器可在性能 和面积 / 功耗之间做权衡。
RV32M 广泛应用于嵌入式、物联网等 32 位 RISC-V 处理器中，是除 RV32I 外最常用的标准扩展。