From 5b10c2c826b1bc228f3ae7c433c3233a2d2cbf76 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: chentianya Date: Mon, 24 Aug 2026 14:43:16 +0800 Subject: [PATCH] =?UTF-8?q?=E6=96=87=E6=A1=A3=EF=BC=9A=E6=96=B0=E5=BB=BA?= =?UTF-8?q?=E6=8C=87=E4=BB=A4=E7=BC=96=E7=A0=81.md=E2=80=94=E2=80=94RISC-V?= =?UTF-8?q?=20=E5=BC=8F=20op+func=20=E7=BC=96=E7=A0=81=E5=AE=9A=E6=A1=88?= =?UTF-8?q?=E5=AD=98=E6=A1=A3?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit - 前缀长度组（1/01/001/0001 定 4/8/16/32B）+ op 按组分治 - 字节 1 = [func:4|fmt:4]；func 10 组合（宽度×符号+F32/F64）语义随 op - fmt 4 位 9 格式（格式合并作废，CALL/CAL 独立） - 19 类型 → 10 func 编译期映射；BOOL 0/1 编译器强制 - 与 RISC-V 对照表 + 决策历史 --- Doc/isa/指令编码.md | 130 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ Doc/索引.md | 2 + 2 files changed, 132 insertions(+) create mode 100644 Doc/isa/指令编码.md diff --git a/Doc/isa/指令编码.md b/Doc/isa/指令编码.md new file mode 100644 index 0000000..5432183 --- /dev/null +++ b/Doc/isa/指令编码.md @@ -0,0 +1,130 @@ +# 指令编码（V2：RISC-V 式 op + func） + +> 状态：**定案存档**。本文独立存储 RISC-V 式指令编码设计（opcode 定功能、func 定细节）， +> 与 [`指令集优化.md`](指令集优化.md)（格式/数据模型/待确认）配套。 +> 定案日期：2026-08-24。 + +## 1. 设计原则（RISC-V 式） + +```text +RISC-V: opcode 决定指令的"功能族"（LOAD/STORE/OP/BRANCH…） + funct3/funct7 决定"功能细节"（宽度/符号/变体） + lb 与 lbu 同一 opcode，funct3 区分符号 + +本方案: op 决定指令的"功能"（MOVE/LOAD/ADD…） + func 决定"功能的细节"（宽度/符号/浮点/变体） + func 的语义由 op 决定（随 op 变，不是全局统一表） +``` + +- **opcode 只决定指令的功能**；func 决定功能的细节 +- **func 语义随 op 变**：MOVE 的 func = 宽度；LOAD 的 func = 宽度×符号；ADD 的 func = 宽度×符号+浮点 + +## 2. 指令字结构（头两字节 + 操作数区） + +```text +指令 = 字节0 + 字节1 + 操作数区（rd/rs/slot/off…，按 fmt 与长度组） + +字节 0 字节 1 +[前缀 | op] [func:4 | fmt:4] + ↑ ↑ ↑ + 长度+主操作码 功能细节 操作数形态 +``` + +### 2.1 字节 0：长度前缀 + 主操作码（前缀编码，UTF-8/RISC-V 式） + +| 前缀（从最高位开始比对） | 指令长度 | op 位宽 | op 空间 | +|---|---|---|---| +| `1` | 4 字节 | 7 位 | 128 | +| `01` | 8 字节 | 6 位 | 64 | +| `001` | 16 字节 | 5 位 | 32 | +| `0001` | 32 字节（预留） | 4 位 | 16 | + +- **长度自描述**：前缀本身即长度，未来 64B 可续 `00001`（无限延伸） +- **op 按组分治**：各长度组的 opcode 独立编号（4B 的 MOVE=0 与 8B 的 LOAD=0 不冲突，前缀已区分） +- 取指：读字节 0 → 前缀判定长度 → 搬整条 + +### 2.2 字节 1：func + fmt（各 4 位） + +```text +[func:4 | fmt:4] + 高 4 位 = func 功能细节（宽度/符号/浮点） + 低 4 位 = fmt 操作数形态 +``` + +## 3. func 位段（4 位，16 种） + +| func | 语义 | 覆盖类型（编译期映射） | +|---|---|---| +| 0 | 1 字节、无符号 | BOOL、BYTE、USINT | +| 1 | 1 字节、有符号 | SINT | +| 2 | 2 字节、无符号 | WORD、UINT | +| 3 | 2 字节、有符号 | INT | +| 4 | 4 字节、无符号 | DWORD、UDINT、DATE | +| 5 | 4 字节、有符号 | DINT | +| 6 | 8 字节、无符号 | LWORD、ULINT、DT、TOD | +| 7 | 8 字节、有符号 | LINT、TIME | +| 8 | F32 | REAL | +| 9 | F64 | LREAL | +| 10..15 | 预留 | | + +- **func 语义随 op**： + - MOVE：只表达**宽度**（1/2/4/8B 搬运），不管符号/浮点 + - LOAD/STORE：宽度×符号（读几字节 + 符号/零扩展） + - ADD/SUB/MUL/DIV：宽度×符号（整数饱和）+ F32/F64（浮点 IEEE） + - 逻辑（AND/OR/NOT/位运算）：宽度（BOOL 情况由编译器保证 0/1 输入） + - 跳转/调用/CAL/无类型指令：func 不使用（保留 0） +- **VM 只认 func**（10 种数据语义），无类型概念；类型语义全在编译层 + +## 4. fmt 位段（4 位，9 种格式 + 7 预留） + +| fmt | 形态 | 说明 | +|---|---|---| +| 0 | RR | rd, rs（MOVE/NOT/浮点单目） | +| 1 | RRR | rd, ra, rb（算术/比较/位运算） | +| 2 | IMM | rd, 32 位立即数（LOADK/CALL） | +| 3 | SLOT | rd, slot32（LOAD/STORE/CAL） | +| 4 | JMP | off32 | +| 5 | JC | rd, off（JT/JF） | +| 6 | CALL | fn_id（独立格式，未合并） | +| 7 | CAL | fb_id, slot（独立格式，未合并） | +| 8 | NONE | 无操作数（RET/NOP） | +| 9..15 | 预留 | | + +- **格式不合并**：fmt 4 位足够，CALL/CAL 保持独立格式（U1 闭合为"不合并"） + +## 5. 长度组 × 格式族（操作数区） + +| 长度组 | 格式族 | 操作数区 | +|---|---|---| +| 4B | NONE / RR | rd + rs1（各 1B） | +| 8B | RRR / IMM / SLOT / JMP / JC / CALL / CAL | + rs2 + slot32/fn_id32/const_id32/off32 | +| 16B | SLOT+off（字段访问）/ IMM64 | + slot32 + off32/imm64 | +| 32B | 预留（JTBL/复杂字符串） | — | + +## 6. 类型系统（编译期）→ func 映射 + +- **编译期**：19 种 IEC 基础类型（BOOL/BYTE/WORD/DWORD/LWORD/SINT/INT/DINT/LINT/USINT/UINT/UDINT/ULINT/TIME/REAL/LREAL/DATE/TOD/DT），类型检查**严格比对**——类型不匹配编译期报错，不进 VM +- **BOOL 约束**：编译器限制 BOOL 只能填 0/1（TRUE/FALSE），其他值编译期报错；VM 无 BOOL 特例 +- **运行时**：VM 只认 func 的 10 种"宽度+符号+浮点"组合，机械执行 +- 位串（BYTE/WORD/…）与无符号整数同 func——运算语义由 **op** 区分（SHL 是位运算指令、ADD 是算术指令） +- TIME 用 8B 有符号 func（毫秒语义在编译层） +- 常量表：条目 8B 原始值（无 tag），LOADK 按 func 解释（A2 定案不变） + +## 7. 与 RISC-V 的对照 + +| | RISC-V | 本方案 | +|---|---|---| +| 主功能 | opcode[6:0] | 前缀 + op（按长度组分治） | +| 细节 | funct3（3 位）/ funct7 | func（4 位，10 组合） | +| 形态 | rd/rs1/rs2/imm 固定位置 | fmt（4 位，9 形态） | +| 宽度×符号 | lb/lbu/lh/lhu/lw/lwu/ld | func 0..9 全矩阵 | +| 指令长 | 定长 32 位（+RVC 压缩 16 位） | 变长 4/8/16/32B（前缀编码） | + +## 8. 决策历史 + +- 用户提出 RISC-V 式：opcode 只决定功能，func 决定细节（例：MOVE 按 func 分搬运宽度） +- func 4 位（16 种）够用；10 组合实际使用 +- MOVE 只搬宽度不管符号/浮点（例为示意，宽度按 func 全矩阵 1/2/4/8B） +- 19 类型 → 10 func 由编译器映射；类型检查严格，不匹配编译期报错 +- BOOL 编译器强制 0/1，越界报错 +- 字节 1 = [func:4 | fmt:4] → fmt 4 位 → **格式合并作废**（CALL/CAL 独立格式） diff --git a/Doc/索引.md b/Doc/索引.md index 4f3982a..3d4cd32 100644 --- a/Doc/索引.md +++ b/Doc/索引.md @@ -11,6 +11,7 @@ doc/ isa/指令配置.md isa/指令集优化.md isa/指令集清单.md + isa/指令编码.md compiler/编译管线.md compiler/STCompiler使用说明.md compiler/词法.md @@ -32,6 +33,7 @@ doc/ | [`isa/指令配置.md`](isa/指令配置.md) | ops.txt：指令登记唯一事实来源、OpTable、屏蔽机制 | | [`isa/指令集优化.md`](isa/指令集优化.md) | **V2 草案**：变长指令、槽表/值区、IEC 类型扩展、待确认问题 | | [`isa/指令集清单.md`](isa/指令集清单.md) | **V2 草案**：全功能指令清单（10 类 ~55 条，核心/扩展/预留） | +| [`isa/指令编码.md`](isa/指令编码.md) | **V2 定案**：RISC-V 式 op + func 编码（前缀长度组 / func 10 组合 / 19 类型映射） | | [`compiler/编译管线.md`](compiler/编译管线.md) | 编译器边界与管线 | | [`compiler/STCompiler使用说明.md`](compiler/STCompiler使用说明.md) | 构建、用法、工程文件、ST 子集、错误类别 | | [`compiler/词法.md`](compiler/词法.md) | 12.4 词法：关键字表、token、大小写、TIME 字面量 |