diff --git a/Doc/compiler/编译器优化.md b/Doc/compiler/编译器优化.md index 6d352b3..b1e55ce 100644 --- a/Doc/compiler/编译器优化.md +++ b/Doc/compiler/编译器优化.md @@ -36,9 +36,8 @@ ### 3.1 FB 共享体（基址寻址）——消除内联膨胀 - **现状问题**：FB 每调用一次复制一份体，字节码膨胀 -- **V2 方案**：槽表模型下引入**基址寻址指令**（`LOAD/STORE rd, base_slot, field_off`，base 槽取自寄存器/立即数，16B 长度组已预留）→ FB 体编译**一次**，运行时按实例基址定位字段 -- 收益：字节码不再随调用点膨胀；代价：每次字段访问多一个基址操作数 -- **待确认**：见指令集优化.md §4 项 9（推荐实施） +- **V2 定案**：`LOAD/STORE rd, slot, off32`（16B 长度组，SLOT+off 形态）即基址寻址——结构体字段与 FB 共享体字段**同一指令**（LOADF 已取消）；FB 体编译**一次**，运行时按实例槽 + 编译期算死的字段偏移定位 +- 收益：字节码不再随调用点膨胀；代价：每次字段访问多一个偏移操作数 ### 3.2 类型驱动语义（type 位段红利） @@ -60,39 +59,42 @@ ### 3.5 类型系统扩展（ST 层） -- 12 个 IEC 整数类型 + REAL/LREAL 进关键字（全量支持：声明即可用） -- 类型检查：**隐式升宽**允许（SINT→INT→DINT→LINT、BYTE→WORD→…）、降宽禁止 -- 浮点字面量（`1.5`、`-2.5e3`）v1 是否支持——待确认 +- **19 个 IEC 基础类型**（BOOL + 位串 4 + 有符号 4 + 无符号 4 + TIME + REAL/LREAL + DATE/TOD/DT）全量进关键字（声明即可用） +- **进制前缀**：`2#`/`8#`/`16#` 字面量 + 浮点十进制字面量（`1.5`、`-2.5e3`） +- 类型检查：**禁止隐式变量转换**（赋值/比较/算术类型严格一致，编译期报错）；**字面量按上下文适配**（`5` 可赋 INT/REAL/DINT，编译期解释）；显式转换函数 v1 不做 +- 进制字面量默认类型归属与适配细则 → 指令集优化.md §4 项 A9 -## 4. 待确认（引用指令集优化.md §4 中编译器相关项） +## 4. 已定案（编译器相关） -| 项 | 问题 | 推荐 | -|---|---|---| -| 4 | I/Q/M 六条 LOAD/STORE 合并为两条 | 合并 | -| 5 | 结构体 v1 只留编码不实现语法 | 预留 | -| 6 | ST 层类型全量支持（12 类型名进关键字） | 全量 | -| 7 | 隐式升宽允许、降宽禁止 | 按此 | -| 8 | 字面量：十进制 only（含浮点字面量） | 十进制 | -| 9 | FB 共享体：基址寻址指令实施 | 实施 | -| 10 | REAL/LREAL 引入后 type:4 满编 | 满编（结构体走元数据） | +| 项 | 定案 | +|---|---| +| I/Q/M | 六条合并为 LOAD/STORE 两条（单一值区，语义标签交给 sidecar） | +| 结构体 | v1 只留编码（LOAD/STORE 16B 变体 + 元数据段），语法不实现 | +| ST 层类型 | 19 类型名全量进关键字 | +| 类型转换 | 禁止隐式变量转换；字面量按上下文适配 | +| 字面量 | 进制前缀 2#/8#/16# + 浮点十进制 | +| FB 共享体 | 实施（16B 变体 = 基址寻址） | + +仍待闭合的细节见指令集优化.md §4（A1..A10，编译器相关：A5 算术语义 / A6 sidecar / A8 machine.toml schema / A9 字面量类型推断）。 ## 5. 影响面（编译器侧） | 子模块 | 改动 | |---|---| -| Lexer | 类型关键字扩展（14 → 16+）、浮点字面量（若确认） | +| Lexer | 类型关键字扩展（19）、进制前缀 + 浮点字面量 | | Parser | 类型引用、字面量 AST | -| Typecheck | 隐式升宽规则、16 类型元数据 | +| Typecheck | 禁隐式转换（严格一致）+ 字面量上下文适配、19 类型元数据 | | Linker | 槽表条目分配（addr:u32）、FB 实例字段偏移 | -| Codegen | E_* 变长发射、字节化回填、槽表+值区 layout、FB 共享体（若实施）、基址寻址 | -| MachineConfig / machine.toml | type 表 16 条（base/width/signed/tag）、fmt/type 位段互锁校验 | +| Codegen | E_* 变长发射、字节化回填、槽表+值区 layout、FB 共享体（16B 变体） | +| MachineConfig / machine.toml | type 表 19 条（base/width/signed/tag）、fmt/type 位段互锁校验 | ## 6. 实施阶段（合并进指令集优化.md §6） - 阶段 2（isa）后接**阶段 3（compiler 侧）**：machine.toml V2 → MachineConfig → Codec → Codegen（槽表/值区/变长发射）→ Stb → 对应测试 -- FB 共享体（§3.1）若确认实施，并入阶段 3 的 Codegen 子步骤 +- FB 共享体（§3.1 已定案）并入阶段 3 的 Codegen 子步骤 ## 7. 决策历史 - V1 定案（12.8）：用户 FB 内联 / FUNCTION CALL / 内建 FB CAL_*；短路必须跳转；固定寄存器分配 -- V2 讨论：用户确认 V1 内联现状；提出 V2 用基址寻址消除内联膨胀（写入 §2.7/§4 项 9） +- V2 讨论：用户确认 V1 内联现状；提出 V2 用基址寻址消除内联膨胀（已定案） +- 类型扩展：19 IEC 基础类型（type:5）；禁隐式转换 + 字面量适配；进制前缀定案 diff --git a/Doc/isa/指令集优化.md b/Doc/isa/指令集优化.md index b5475c3..1e9008a 100644 --- a/Doc/isa/指令集优化.md +++ b/Doc/isa/指令集优化.md @@ -1,7 +1,7 @@ -# 指令集优化（V2 草案，型号 STATOR2） +# 指令集优化（V2 规格，型号 STATOR2） -> 状态：**设计中**。本文汇总「指令集优化」的全部信息：动机、已确认设计决策、 -> 待确认问题、影响面与实施阶段。全部内容为**草案**，未进入实现。 +> 状态：**规格冻结中**。核心决策已全部定案（§2），本文为 V2 规格草案； +> §4 列出**尚未确定的细节项**，全部闭合后进入实现阶段。 > 与现状（V1）的关系：V1 编码冻结不可改（opcode 0..33、32bit 指令、8 字节定宽槽）， > 本优化为**全新 V2 架构**，.stb 格式 / 指令字 / 数据模型全部重设计，型号 bump 为 STATOR2。 @@ -10,38 +10,48 @@ | # | 现状问题 | 优化方向 | |---|---|---| | 1 | opcode 定义草率：34 条按语义乱序编号，无位域结构 | format/宽度**编码进 opcode**，位掩码机械推导 | -| 2 | 8 字节定宽槽浪费：BOOL 只用 1/8 空间 | **变宽紧凑值区**（1/2/8 字节按类型） | +| 2 | 8 字节定宽槽浪费：BOOL 只用 1/8 空间 | **变宽紧凑值区**（1/2/4/8 字节按类型） | | 3 | 变量区利用率低 | 值区按类型紧凑布局 + 地址 u32（4GB） | -| 4 | 类型只有 BOOL/INT/TIME | 扩展 IEC 整数族（12 种）+ REAL 预留 | -| 5 | 结构体无法支持 | 槽表引用 + 元数据段字段表（预留） | -| 6 | 寄存器上限 256、指令 32bit 固定 | 变长指令（长度编码在 opcode）；寄存器编号维持 8 位 | +| 4 | 类型只有 BOOL/INT/TIME | 扩展 IEC 全基础类型（19 种） | +| 5 | 结构体无法支持 | 槽表引用 + LOAD 16B 变体（基槽+偏移，预留） | +| 6 | 指令 32bit 固定 | 变长指令（长度编码在 opcode）；寄存器编号维持 8 位 | | 7 | 槽（变量）与初值（数据）耦合在同一格 | **槽表（引用）与值区（数据）解耦** | -## 2. 已确认设计决策 +## 2. 已定案设计 ### 2.1 变长指令，长度编码在 opcode - 指令长度**不固定**：4 / 8 / 16 字节（32 字节预留） -- **长度组 = opcode 高 2 位**：`[len:2 | op:6]` -- 长度组 = 格式（fmt）的自然覆盖，由格式决定整条长度 +- **长度组 = opcode 高 2 位**：`[len:2 | op:6]`；长度组 = 操作数形态（fmt）的自然覆盖 ```text -字节 0 字节 1 字节 2 字节 3 字节 4 字节 5..13（按长度组） -[len:2|op:6] [fmt:4|type:4] rd:8 rs1:8 rs2:8 扩展区 +字节 0 字节 1 字节 2..n（按长度组） +[len:2 | op:6] [type:5 | fmt:3] 操作数区 ``` -| 长度组 | 指令长度 | 覆盖格式 | 字段 | +| 位段 | 宽度 | 内容 | +|---|---|---| +| len | 2 | 4 / 8 / 16B + 32B 预留 | +| op | 6 | 主操作码（64 空间，实际约 30 个） | +| type | 5 | **32 种：19 IEC 基础类型 + 13 预留** | +| fmt | 3 | 8 种形态：**RR、RRR、IMM、SLOT、JMP、JC、NONE、预留** | + +**格式合并（9 → 7 种形态）**：`CALL` 并入 **IMM**（fn_id 即 32 位立即数，rd 未用）、`CAL` 并入 **SLOT**（实例号即槽号，rd 未用）——形态相同，指令身份由 op 位段区分。 + +| 长度组 | 指令长度 | 覆盖形态 | 操作数区 | |---|---|---|---| -| `00` | 4 字节 | NONE / RR | 头 + rd + rs1 | -| `01` | 8 字节 | RRR / JMP / JC / CALL / CAL / IMM / SLOT | 头 + rd + rs1 + rs2 + slot32/fn_id32/off32/const_id32 | -| `10` | 16 字节 | SLOT+off / IMM64 | 头 + rd + rs1 + slot32 + off32/imm64 | +| `00` | 4 字节 | NONE / RR | rd + rs1（各 1B） | +| `01` | 8 字节 | RRR / IMM / SLOT / JMP / JC | + rs2 + slot32/fn_id32/const_id32/off32 | +| `10` | 16 字节 | **SLOT+off**（字段访问）/ IMM64 | + slot32 + off32/imm64 | | `11` | 32 字节 | 预留 | 超大立即数/未来扩展 | - 取指：读字节 0 → `len` 位段定总长 → 搬 4/8/16 字节 -- **位掩码推导**（三件事全编码在头两字节）： +- **位掩码推导**（全部编码在头 2 字节）： - 指令长度 ← `len` 组 - - 格式（uses_rd/uses_ra/uses_rb）← `fmt` 位段：`uses_rd = fmt∈{RR,RRR,IMM,SLOT,JC}`、`uses_ra = fmt∈{RR,RRR}`、`uses_rb = {RRR}` - - 数据宽度/符号 ← `type` 位段（查 constexpr 宽度/符号表） + - 操作数形态 ← `fmt`：`uses_rd = fmt∈{RR,RRR,IMM,SLOT,JC}`、`uses_ra = fmt∈{RR,RRR}`、`uses_rb = {RRR}`（CALL/CAL 的 rd 恒 0，按 fmt 检查无害） + - 数据宽度/符号 ← `type`（查 constexpr 宽度/符号表） +- **字段访问统一为 LOAD/STORE 16B 变体**：`LOAD rd, slot, off32`（基槽 + 偏移，编译期算死）——结构体字段与 FB 共享体字段**同一指令**，无单独 LOADF +- **跳转偏移字节化**：off32（字节，相对下一条）；pc/code_offset/code_len 全字节单位；code 段 16 字节对齐 ### 2.2 寄存器模型（维持现状） @@ -55,39 +65,41 @@ ```text 槽表段（静态引用表，8B/条） 值段（初值，紧凑变宽） ┌─────────────────────────┐ ┌──────────────────────────┐ -│ { addr:u32, 预留:u32 } │ ──地址──▶ │ BOOL 1B（1 对齐） │ -│ 槽 0..n_slots-1 │ │ INT 2B（2 对齐） │ -└─────────────────────────┘ │ TIME 8B（8 对齐） │ - │ 结构体 = 连续字段块（预留） │ +│ { addr:u32, 预留:u32 } │ ──地址──▶ │ BOOL 1B / INT 2B（对齐） │ +│ 槽 0..n_slots-1 │ │ DINT·REAL 4B / TIME 8B │ +└─────────────────────────┘ │ 结构体 = 连续字段块（预留） │ └──────────────────────────┘ ``` -- 访问：`LOAD rd, slot` → `addr = 槽表[slot].addr` → 值区按 `type` 位段读 1/2/8 字节 +- 访问：`LOAD rd, slot` → `addr = 槽表[slot].addr` → 值区按 `type` 位段读 1/2/4/8 字节；字段访问 `LOAD rd, slot, off32` → `addr + off` - **两级间接**：每次访问多一次内存读（PLC 规模无感） -- **宽度编码进 opcode**（用户决策）：`type` 位段携带宽度 + 符号，VM 无歧义读写（解决 V1 定宽的原因——V1 因"变宽布局无法从槽号推断宽度"而改定宽，V2 用 type 位段化解） -- 对齐规则：1/2/8 字节，编译器布局保证 -- 初值**整合在 .stb 内分段**（用户决策，ELF 式）：槽表段 / 值段 / 元数据段并列，单文件 SHA-256 校验 -- 寻址规模（用户决策）：**全 32 位**——槽号 u32（2^32 引用）、值区地址 u32（4GB） +- **宽度编码进 opcode**：`type` 位段携带宽度 + 符号，VM 无歧义读写（V1 因"变宽布局无法从槽号推断宽度"而改定宽，V2 用 type 位段化解） +- 对齐规则：1/2/4/8 字节，编译器布局保证 +- 初值**整合在 .stb 内分段**（ELF 式）：槽表段 / 值段 / 元数据段并列，单文件 SHA-256 校验 +- 寻址规模：**全 32 位**——槽号 u32（2^32 引用）、值区地址 u32（4GB） -### 2.4 类型系统：IEC 标量族扩展（16 种满编） +### 2.4 类型系统：IEC 全基础类型（19 种，type:5） -`type` 位段：**type:4（16 种）**，16 个 IEC 标量**满编零预留**（BOOL + 位串 4 + 有符号 4 + 无符号 4 + TIME + REAL + LREAL）；**结构体/字符串/数组不占位段**，走元数据段字段表（`LOADF rd, slot, field_id`，宽度从元数据查）。将来新增标量类型需扩 type:5（32 种）——待确认（见 §4 项 2）。 +`type` 位段 **type:5（32 种）**：19 个 IEC 基础类型 + 13 预留；结构体/字符串/数组不占位段（组合类型走元数据段）。 | type | 类型 | 宽度 | 符号 | C 对应 | type | 类型 | 宽度 | 符号 | C 对应 | |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---| -| 0 | BOOL | 1B | — | bool | 8 | LINT | 8B | 有 | int64_t | -| 1 | BYTE | 1B | 无 | uint8_t | 9 | USINT | 1B | 无 | uint8_t | -| 2 | WORD | 2B | 无 | uint16_t | 10 | UINT | 2B | 无 | uint16_t | -| 3 | DWORD | 4B | 无 | uint32_t | 11 | UDINT | 4B | 无 | uint32_t | -| 4 | LWORD | 8B | 无 | uint64_t | 12 | ULINT | 8B | 无 | uint64_t | -| 5 | SINT | 1B | 有 | int8_t | 13 | TIME | 8B | 有(ms) | int64_t | -| 6 | INT | 2B | 有 | int16_t | 14 | **REAL** | 4B | IEEE754 | **float** | -| 7 | DINT | 4B | 有 | int32_t | 15 | **LREAL** | 8B | IEEE754 | **double** | +| 0 | BOOL | 1B | — | bool | 10 | UINT | 2B | 无 | uint16_t | +| 1 | BYTE | 1B | 无 | uint8_t | 11 | UDINT | 4B | 无 | uint32_t | +| 2 | WORD | 2B | 无 | uint16_t | 12 | ULINT | 8B | 无 | uint64_t | +| 3 | DWORD | 4B | 无 | uint32_t | 13 | TIME | 8B | 有(ms) | int64_t | +| 4 | LWORD | 8B | 无 | uint64_t | 14 | **REAL** | 4B | IEEE754 | **float** | +| 5 | SINT | 1B | 有 | int8_t | 15 | **LREAL** | 8B | IEEE754 | **double** | +| 6 | INT | 2B | 有 | int16_t | 16 | **DATE** | 4B | 无 | uint32_t(天) | +| 7 | DINT | 4B | 有 | int32_t | 17 | **TOD** | 4B | 无 | uint32_t(当日 ms) | +| 8 | LINT | 8B | 有 | int64_t | 18 | **DT** | 8B | 无 | uint64_t | +| 9 | USINT | 1B | 无 | uint8_t | 19..31 | 预留 | | | | - **type 位段红利**：CMP/算术按类型自动语义——无符号类型无符号比较、整数饱和到类型宽度（模板化）、浮点走 IEEE 754（无饱和，溢出→±inf）、读取按宽度+符号/零扩展 - **浮点表示**：REAL 4B / LREAL 8B，值区 4/8 字节对齐；寄存器 int64 位模式搬运（REAL 低 4 字节），运算时按 type 重解释 -- 常量表 `tag` 契约升级：tag = type 位段值（0..15），REAL=14 / LREAL=15 存位模式 -- **ST 字面量**：浮点十进制字面量（`1.5`、`-2.5e3`）v1 是否支持——待确认（见 §4 项 10） +- 常量表 `tag` 契约升级：tag = type 位段值（0..18） +- **ST 层**：19 类型名全量进关键字；**进制前缀** `2#`/`8#`/`16#` 支持（浮点无前缀）；浮点十进制字面量（`1.5`、`-2.5e3`） +- **类型转换**：**禁止隐式变量转换**（赋值/比较/算术要求类型严格一致，Typecheck 阶段报错）；**字面量按上下文适配**（`5` 可赋 INT/REAL/DINT 等，编译期解释，非运行时转换）；显式转换函数（`INT_TO_REAL()`）v1 不做 ### 2.5 映像格式（头 128 字节，16 对齐） @@ -95,7 +107,7 @@ 0..71 原 15 字段（magic/版本/cycle_limit/dt_ms/hash/entry/n_globals/n_i/n_q/n_m/ n_consts/n_funcs + offset_const/funcs/code） 64 offset_slots ← 槽表段（原 offset_fb 改义，FB 并入值区） -68 offset_values ← 值段 +68 offset_values ← 值段（原 offset_data 改义） 72..103 型号标识（STATOR2） 104 n_slots ← 新增 108 n_values ← 新增（值段字节数） @@ -106,64 +118,67 @@ ### 2.6 其他定案 -- **型号 bump**：STATOR1 → **STATOR2**（格式大变，老 .stb 被型号校验明确拒绝） -- **I/Q/M 六条 LOAD/STORE 合并为 LOAD/STORE 两条**（单一值区，语义标签交给 sidecar）——待确认（见 §4） -- 结构体 v1 **只留编码（LOADF + 元数据段）不实现语法**——待确认（见 §4） +- **型号 bump**：STATOR1 → **STATOR2** +- **I/Q/M 六条 LOAD/STORE 合并为 LOAD/STORE 两条**（单一值区，语义标签交给 sidecar） +- **LOADF 取消**：结构体/FB 字段访问统一用 LOAD/STORE 16B 变体（基槽 + 偏移） +- **FB 共享体实施**：16B 变体即基址寻址指令，FB 体编译一次消除内联膨胀 +- 结构体语法 v1 **不实现**，只留编码路径（16B 变体 + 元数据段） ### 2.7 调用与内联策略（V1 现状 + V2 方向） -**V1 现状**：POU 调用三种处理方式： +**V1 现状**： | 对象 | V1 处理 | 原因 | |---|---|---| -| 用户 FB（FUNCTION_BLOCK） | **调用点内联展开**（字节码随调用点数膨胀） | 12.8 定案：FB 体访问**绝对字段地址**（`LOAD_GLOBAL rd, 基槽+字段序`），不同实例基址不同，共享函数体无法复用；无递归、无动态实例 → 内联安全 | -| FUNCTION（FC） | 独立函数 + `CALL fn_id` 帧栈 | FC 无状态，参数/结果走寄存器约定（r1..r7 / r0），无字段地址冲突；递归在前层被拒（用例 19） | +| 用户 FB（FUNCTION_BLOCK） | **调用点内联展开**（字节码随调用点数膨胀） | 12.8 定案：FB 体访问**绝对字段地址**，不同实例基址不同，共享体无法复用 | +| FUNCTION（FC） | 独立函数 + `CALL fn_id` 帧栈 | FC 无状态，寄存器约定（r1..r7 / r0），无地址冲突；递归在前层被拒 | | 内建 FB（TON/CTU/…） | `CAL_*` 指令（VM 运行时原语 `do_cal`） | 定时器/计数器是 VM 侧状态机，天然共享 | -代价：内联 = 字节码膨胀（FB 每调用一次复制一份体），V1 规模可接受；寄存器码.md 注记「以后可升级为基址寄存器寻址指令」。 - -**V2 机会**：槽表模型下 FB 体可共享——FB 实例字段经「槽表条目 → 值区地址」定位，若引入**基址寻址指令**（如 `LOAD rd, base_slot, field_off` / `STORE base_slot, field_off, rs`，base 槽取自寄存器或立即数），FB 体编译一次、运行时按实例基址定位字段，**消除内联膨胀**。16 字节长度组（SLOT+off）已为此预留。是否实施 → 待确认（见 §4 项 9）。 +**V2 定案**：16B 变体 `LOAD/STORE rd, slot, off` = 基址寻址——FB 体编译一次，运行时按实例槽定位字段，**消除内联膨胀**。FUNCTION 仍走 CALL 帧栈；内建 FB 仍走 CAL（SLOT 形态，实例号即槽号）。 ## 3. 与 V1 的差异对照 -| 项 | V1（现状） | V2（草案） | +| 项 | V1（现状） | V2（定案） | |---|---|---| | 指令长度 | 固定 32bit | **变长 4/8/16B**，长度在 opcode | -| opcode | 0..33 乱序，无位域 | `[len:2\|op:6]` + `[fmt:4\|type:4]` 位域 | +| opcode | 0..33 乱序，无位域 | `[len:2\|op:6]` + `[type:5\|fmt:3]` 位域 | +| 格式 | 9 种（RR/RRR/IMM/SLOT/JMP/JC/CALL/CAL/NONE） | **7 种形态**（CALL→IMM、CAL→SLOT 合并）+ 1 预留 | | 寄存器编号 | 8 位（256/帧） | 8 位（256/帧，不变） | | 变量访问 | 立即数槽号直接寻址 | **槽表引用 → 值区**（两级间接） | | 槽 | 8B 定宽 | 8B 引用表（{addr:u32}） | -| 值区 | 定宽 8B/变量 | **变宽紧凑**（1/2/8B） | -| 宽度信息 | 无（定宽） | **type 位段**（RISC-V lb/lh/lw 式） | -| 类型 | BOOL/INT/TIME | **14 IEC 标量 + REAL 预留** | -| 结构体 | 不支持 | 元数据段字段表（预留） | -| FB 调用 | 用户 FB **内联展开**（字节码膨胀） | 基址寻址指令共享 FB 体（待确认 §4） | +| 值区 | 定宽 8B/变量 | **变宽紧凑**（1/2/4/8B） | +| 宽度信息 | 无（定宽） | **type 位段**（RISC-V 式） | +| 类型 | BOOL/INT/TIME | **19 IEC 基础类型 + 13 预留** | +| 字段访问 | 无（FB 内联） | **LOAD/STORE rd, slot, off**（结构体/FB 共用） | +| FB 调用 | 用户 FB **内联展开** | **基址寻址共享体**（消除膨胀） | | 寻址空间 | 槽 65535（512KB） | 槽 2^32、值区 4GB | | 初值 | 槽内 | 值段（逻辑分段，同文件） | -| 跳转/pc | 条数单位 | **字节单位**（待确认 §4） | +| 跳转/pc | 条数单位 | **字节单位** | | 型号 | STATOR1 | STATOR2 | -## 4. 待确认问题 +## 4. 尚未确定项（细节，待逐项闭合） -| # | 问题 | 选项 | 推荐 | -|---|---|---|---| -| 1 | **跳转偏移单位字节化**：off32（字节，相对下一条）、pc/code_offset/code_len 全字节单位、code 段 16 字节对齐 | 接受 / 保持条数 | 接受（变长指令下按条数算偏移不成立） | -| 2 | **type 位段宽度**：type:4（16 种，14 标量+REAL+预留 1，结构体走元数据）vs type:5（32 种，寄存器位段借位） | type:4 / type:5 | type:4 + 元数据段 | -| 3 | **长度组映射**：00=4B、01=8B、10=16B、11=32B 预留 | 接受 / 2B 粒度 | 接受 4/8/16 | -| 4 | **I/Q/M 合并**：六条 LOAD_I/M/GLOBAL、STORE_Q/M/GLOBAL 合并为 LOAD/STORE 两条 | 合并 / 保留 | 合并 | -| 5 | **结构体 v1 范围**：只留编码（LOADF + 元数据段）不实现语法 | 预留 / 实现 | 预留 | -| 6 | **ST 语言层类型支持**：12 类型名进关键字全量支持 vs 仅类型系统支持 | 全量 / 仅系统 | 全量（声明即可用） | -| 7 | **类型转换规则**：隐式升宽（SINT→INT→DINT→LINT、BYTE→WORD→…）允许、降宽禁止 | 按此 / 全显式 | 隐式升宽 | -| 8 | **字面量**：IEC 进制前缀（2#/8#/16#）是否 v1 支持 | 十进制 only / 进制前缀 | 十进制 only | -| 9 | **FB 共享体**：基址寻址指令（LOAD/STORE rd, base_slot, field_off）消除用户 FB 内联膨胀 | 实施 / 维持内联 | 实施（16B 长度组已预留） | -| 10 | **REAL/LREAL**：浮点类型与 C float/double 对应（4B/8B，IEEE 754）；type 位段随之满编 16 标量（零预留） | type:4 满编 / type:5 留扩展 | 见 §2.4 | +核心决策已全部定案，以下为进入实现前需闭合的设计细节： + +| # | 项 | 说明 | +|---|---|---| +| A1 | 元数据段格式 | 结构体/字符串的表 schema（类型描述、字段表条目）——v1 预留但格式未定 | +| A2 | 常量内嵌 vs 常量表 | LOADK（8B IMM，const_id32 查常量表）与 IMM64（16B，内嵌 64 位值）的分工——TIME/ULINT/LREAL 常量走哪条 | +| A3 | 内建 FB 字段类型化 | CAL_* 的实例字段在 V2 值区是类型化布局（TON.et=TIME、q=BOOL 等），字段宽度/偏移怎么定 | +| A4 | DATE/TOD/DT 字面量 | IEC 语法 `D#2026-8-24`、`TOD#12:30:00`、`DT#2026-8-24-12:30:00` 是否 v1 支持 | +| A5 | 算术语义细化 | 各宽度饱和规则（SINT/DINT/LINT 模板）、TIME/DATE 运算（TIME+TIME、TIME 比较）、浮点比较（NaN/±inf 语义） | +| A6 | sidecar/I/O 绑定 | V2 下绑定粒度（槽号不变？绑定到槽表引用）、channel/bit 语义 | +| A7 | disasm 文本格式 | V2 指令文本（含 type/off 的打印形式） | +| A8 | machine.toml V2 schema | type 表 19 条字段（base/width/signed/tag）、op 表字段（fmt/type 位段互锁） | +| A9 | 字面量类型推断细则 | 进制字面量默认类型归属（`16#FF` 是 BYTE/WORD/DINT？）、赋不同目标类型的适配规则 | +| A10 | CALL 在 V2 的确认 | 帧/寄存器约定不变（r0..r7 复制），但变长指令下 ret_pc 字节化；CALL 的 IMM 形态 rd 字段约定 | ## 5. 影响面清单 | 模块 | 改动 | |---|---| | isa | Op.h 重排（位域）、Instr.h 变长 pack/拆、Encode disasm 表驱动、Types 宽度/符号表 + 饱和模板化 | -| compiler | machine.toml V2（type 表 14 条 + fmt/type 位段列）、MachineConfig 互锁校验、Codec 变长、Codegen（槽表+值区布局、初值写值段、E_* 发射器）、Stb 新头/段 | +| compiler | machine.toml V2（type 表 19 条 + fmt/type 位段互锁）、MachineConfig 校验、Codec 变长、Codegen（槽表+值区布局、初值写值段、E_* 变长发射、字节化回填）、Stb 新头/段 | | vm | Image 新头/段校验、Machine 取指变长 + 两级访问（槽表→值区）+ 按 type 读写 | | executor | slot_bool 按 BOOL 读 1 字节（小改） | | tests | isa/vm/machine/codegen/compiler 全部重写；cases 20 个重新生成产物 | @@ -171,7 +186,7 @@ ## 6. 实施阶段（每阶段独立可验证 + 提交） -1. **规格冻结**：文档先行——本文件确认全部待确认项后，重写指令与映像.md / 指令配置.md / stb文件格式.md +1. **规格冻结**：本文 §4 全部闭合后，重写指令与映像.md / 指令配置.md / stb文件格式.md 2. **isa 重构**：变长 Instr + 位域 Op + Encode + isa_test 3. **compiler 侧**：machine.toml V2 + MachineConfig + Codec + Codegen + Stb + 对应测试 4. **vm 侧**：Image + Machine（两级访问）+ vm_test @@ -182,11 +197,14 @@ - 动机源起：用户质疑 opcode 定义草率；探索 format 位前缀编码（方案 A）与 uses_rd 位掩码推导 - 数据模型演进：8B 定宽槽 →（用户提出槽表引用 + 初值分离）→ 槽表/值区两级模型 -- 宽度信息：用户选「宽度编码进 opcode」（RISC-V lb/lh/lw 式，对应「槽表条目带类型」被否） +- 宽度信息：用户选「宽度编码进 opcode」（RISC-V 式，对应「槽表条目带类型」被否） - 初值组织：用户选「整合 .stb 内分段」（ELF 式） - 寻址规模：用户选「全 32 位」（槽号 u32 + 地址 u32） - 指令长度：用户定「变长指令，长度编码在 opcode」；此前 128bit 固定长度方案被否 - 寄存器：用户定「编号 8 位（256/帧）维持现状」，容量恒定式 8bit×256=16bit×128=32bit×64=64bit×32 -- 类型扩展：用户提出 IEC 整数族（BYTE..ULINT 12 种）+ REAL/LREAL（= C float/double，IEEE 754） -- 调用策略：确认 V1 用户 FB 内联 / FUNCTION 走 CALL / 内建 FB 走 CAL_*；V2 探索基址寻址指令消除内联膨胀 -- 类型扩展：用户提出 IEC 整数族 12 种（BYTE..ULINT） +- 类型扩展：IEC 整数族 12 种 + REAL/LREAL（= C float/double）+ DATE/TOD/DT → **19 种，type:5（32 种）** +- 格式合并：用户确认原子类型固定后选位段方案；数位得出 type:5；CALL→IMM、CAL→SLOT 形态合并，fmt 3 位 +- 调用策略：V1 用户 FB 内联 / FC CALL / 内建 CAL_*；V2 用 16B 变体（基槽+偏移）实现 FB 共享体 +- LOADF 取消：用户指出 LOADF 与 LOAD 无本质区别（仅数据搬运）→ 字段访问统一 LOAD/STORE 16B 变体 +- 类型转换：用户定「禁止隐式变换，编译阶段检查」+ 字面量按上下文适配 +- 字面量：用户定支持 IEC 进制前缀（2#/8#/16#）