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指令集清单：全部指令按 RISC-V 式编码（前缀+op / func / fmt）

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- 4B 组 23 条（MOVE/NOP/NOT/RET/算术单目/浮点/舍入/CONV）
- 8B 组 34 条（算术/逻辑/移位/位操作/CMP/数据/调用/跳转）
- 16B 组 10 条（字段访问/LOADK64/字符串/数组长度）
- 32B 组 6 条预留（JTBL/复杂字符串/数组索引）
- func 语义按指令族（MOVE=宽度、LOAD/算术=全矩阵、浮点单目=8/9）
- 内建 FB fb_id 0..13（TON..RTC）；op 预算余量表
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2026-08-24 14:45:35 +08:00
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Doc/isa/指令集清单.md
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# 指令集清单（V2 草案）
# 指令集清单（V2 编码定案）
> 状态：**草案**。全功能目标下的完整指令清单，与 [`指令集优化.md`](指令集优化.md) 配套——
> 该文定义指令**格式**（变长/位段/长度组），本文列出指令**清单**（名称/组/格式/操作数/状态）。
> 组 = 长度组（前缀编码：`1`=4B、`01`=8B、`001`=16B、`0001`=32B）；fmt = 操作数形态。
> type 列：`有` = 用 type 位段（宽度/符号/浮点语义）、`无` = type=NONE、`dst` = type 位段为转换目标类型。
> 操作数记法：rd=目标寄存器、rs/ra/rb=源寄存器、slot=槽号、off=字段偏移、const_id=常量表下标、fn_id=函数下标、fb_id=内建 FB id。
> 状态：**已编码**。全功能指令清单，全部指令已按 [`指令编码.md`](指令编码.md) 的
> RISC-V 式格式（前缀长度组 + op + func + fmt）分配编码。
> 状态列：`核心` = v1 实现；`扩展` = v1 后实现；`预留` = 仅留编码/未来。
**状态列**：`核心` = v1 实现；`扩展` = v1 后实现；`预留` = 仅留编码/未来。
## 编码规则摘要（详见指令编码.md）
- **字节 0** = 长度前缀 + 主操作码：`1`+op:7（4B）、`01`+op:6（8B）、`001`+op:5（16B）、`0001`+op:4（32B）
- **字节 1** = `[func:4 | fmt:4]`
- **func**（语义随 op）：0..7 = 宽度×符号（1B无/1B有/2B无/2B有/4B无/4B有/8B无/8B有）、8=F32、9=F64、`—`=无类型（编码 0 保留）
- **fmt**：0=RR、1=RRR、2=IMM、3=SLOT、4=JMP、5=JC、6=CALL、7=CAL、8=NONE
- disasm 按 func 显示类型后缀（A7 定案）：func=3 → `LOAD.I16 r5, s3`
- 无类型指令（跳转/调用/RET/NOP/CAL）func 编码为 0（不使用）
## 1. 数据搬运
| 指令 | 组 | fmt | type | 操作数 | 语义 | 状态 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| MOVE | 4B | RR | 无 | rd, rs | 寄存器间搬运（int64 全宽） | 核心 |
| NOP | 4B | NONE | 无 | — | 空操作 | 核心 |
| LOAD | 8B | SLOT | 有 | rd, slot | 槽→寄存器（按 type 读宽+扩展） | 核心 |
| STORE | 8B | SLOT | 有 | slot, rs | 寄存器→槽（按 type 写宽） | 核心 |
| LOADK | 8B | IMM | 有 | rd, const_id | 常量表→寄存器（按 type 解释） | 核心 |
| LOAD_OFF | 16B | SLOT+off | 有 | rd, slot, off | 字段读（结构体/FB 共享体） | 核心 |
| STORE_OFF | 16B | SLOT+off | 有 | slot, off, rs | 字段写 | 核心 |
| LOADK64 | 16B | IMM64 | 有 | rd, imm64 | 64 位立即数内嵌（免查表） | 预留 |
| 指令 | 组 | 字节0 编码 | fmt | func | 操作数 | 语义 | 状态 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MOVE | 4B | `10000000` | RR(0) | 宽度：0=1B/1=2B/2=4B/3=8B | rd, rs | 寄存器搬运（只搬宽度，不管符号/浮点） | 核心 |
| LOAD | 8B | `01011010` | SLOT(3) | 全矩阵 0..9 | rd, slot | 槽→寄存器（按 func 读宽+扩展） | 核心 |
| STORE | 8B | `01011011` | SLOT(3) | 全矩阵 0..9 | slot, rs | 寄存器→槽（按 func 写宽） | 核心 |
| LOADK | 8B | `01011100` | IMM(2) | 全矩阵 0..9 | rd, const_id | 常量表→寄存器（按 func 解释） | 核心 |
| LOAD_OFF | 16B | `00100000` | SLOT+off | 全矩阵 0..9 | rd, slot, off | 字段读（结构体/FB 共享体） | 核心 |
| STORE_OFF | 16B | `00100001` | SLOT+off | 全矩阵 0..9 | slot, off, rs | 字段写 | 核心 |
| LOADK64 | 16B | `00100010` | IMM64 | 全矩阵 0..9 | rd, imm64 | 64 位立即数内嵌（免查表） | 预留 |
## 2. 逻辑与位运算
| 指令 | 组 | fmt | type | 操作数 | 语义 | 状态 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| NOT | 4B | RR | 有 | rd, rs | 按 type：BOOL 逻辑非 / 位串取反 | 核心 |
| AND / OR / XOR | 8B | RRR | 有 | rd, ra, rb | 按 type 位宽 | 核心 |
| NAND / NOR / XNOR | 8B | RRR | 有 | rd, ra, rb | 扩展三态 | 扩展 |
| SHL / SHR | 8B | RRR | 有 | rd, rs, n | 左移/右移（SHR 按 type 符号：算术/逻辑） | 扩展 |
| ROL / ROR | 8B | RRR | 有 | rd, rs, n | 循环移位（位串） | 扩展 |
| GETBIT | 8B | RRR | 无 | rd, rs, bit | 取位（位号在 rb） | 扩展 |
| SETBIT / CLRBIT / TOGBIT | 8B | RRR | 无 | slot/rd, rs, bit | 置位/清位/翻转（目标可槽） | 扩展 |
| 指令 | 组 | 字节0 编码 | fmt | func | 操作数 | 语义 | 状态 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| NOT | 4B | `10000010` | RR(0) | 无符号宽度 0/2/4/6 | rd, rs | BOOL 逻辑非 / 位串按位取反 | 核心 |
| AND | 8B | `01000110` | RRR(1) | 无符号宽度 0/2/4/6 | rd, ra, rb | 按宽度逐位与（BOOL 由编译器保证 0/1） | 核心 |
| OR | 8B | `01000111` | RRR(1) | 无符号宽度 0/2/4/6 | rd, ra, rb | 逐位或 | 核心 |
| XOR | 8B | `01001000` | RRR(1) | 无符号宽度 0/2/4/6 | rd, ra, rb | 逐位异或 | 核心 |
| NAND | 8B | `01001001` | RRR(1) | 无符号宽度 0/2/4/6 | rd, ra, rb | 逐位与非 | 扩展 |
| NOR | 8B | `01001010` | RRR(1) | 无符号宽度 0/2/4/6 | rd, ra, rb | 逐位或非 | 扩展 |
| XNOR | 8B | `01001011` | RRR(1) | 无符号宽度 0/2/4/6 | rd, ra, rb | 逐位同或 | 扩展 |
| SHL | 8B | `01001100` | RRR(1) | 无符号宽度 0/2/4/6 | rd, rs, n | 左移（n 在 rb） | 扩展 |
| SHR | 8B | `01001101` | RRR(1) | 0..7（宽度×符号，算术/逻辑右移） | rd, rs, n | 右移 | 扩展 |
| ROL | 8B | `01001110` | RRR(1) | 无符号宽度 0/2/4/6 | rd, rs, n | 循环左移（位串） | 扩展 |
| ROR | 8B | `01001111` | RRR(1) | 无符号宽度 0/2/4/6 | rd, rs, n | 循环右移 | 扩展 |
| GETBIT | 8B | `01011000` | RRR(1) | — | rd, rs, bit | 取位（bit 在 rb） | 扩展 |
| SETBIT | 8B | `01011001` | RRR(1) | — | rd, rs, bit | 置位 | 扩展 |
| CLRBIT | 8B | `01011010` | RRR(1) | — | rd, rs, bit | 清位 | 扩展 |
| TOGBIT | 8B | `01011011` | RRR(1) | — | rd, rs, bit | 翻转位 | 扩展 |
> 注：SETBIT/CLRBIT/TOGBIT 的"目标可槽"形式（`slot, bit`）后续可在 16B 组扩展（op 预留）。
## 3. 算术
| 指令 | 组 | fmt | type | 操作数 | 语义 | 状态 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ADD / SUB / MUL / DIV | 8B | RRR | 有 | rd, ra, rb | 整数饱和 / 浮点 IEEE / 无符号按 type | 核心 |
| MOD | 8B | RRR | 有 | rd, ra, rb | 取模 | 扩展 |
| NEG | 4B | RR | 有 | rd, rs | 取负 | 扩展 |
| ABS | 4B | RR | 有 | rd, rs | 绝对值 | 扩展 |
| INC / DEC | 4B | RR | 有 | rd, rs | 自增/自减 | 扩展 |
| EXPT | 8B | RRR | 有 | rd, ra, rb | 幂（整数/浮点） | 扩展 |
| SQRT | 4B | RR | 有 | rd, rs | 平方根 | 扩展 |
| SIN / COS / TAN / ASIN / ACOS / ATAN | 4B | RR | 有 | rd, rs | 三角函数（浮点） | 扩展 |
| LN / LOG / EXP | 4B | RR | 有 | rd, rs | 对数/指数（浮点） | 扩展 |
| ROUND / TRUNC / FLOOR / CEIL | 4B | RR | 有 | rd, rs | 舍入（浮点→整数） | 扩展 |
| 指令 | 组 | 字节0 编码 | fmt | func | 操作数 | 语义 | 状态 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ADD | 8B | `01000000` | RRR(1) | 全矩阵 0..9 | rd, ra, rb | 整数饱和 / 浮点 IEEE / 无符号 | 核心 |
| SUB | 8B | `01000001` | RRR(1) | 全矩阵 0..9 | rd, ra, rb | 减 | 核心 |
| MUL | 8B | `01000010` | RRR(1) | 全矩阵 0..9 | rd, ra, rb | 乘 | 核心 |
| DIV | 8B | `01000011` | RRR(1) | 全矩阵 0..9 | rd, ra, rb | 除（整数零除/浮点 ±inf） | 核心 |
| MOD | 8B | `01000100` | RRR(1) | 0..7（整数） | rd, ra, rb | 取模 | 扩展 |
| EXPT | 8B | `01000101` | RRR(1) | 0..9 | rd, ra, rb | 幂 | 扩展 |
| NEG | 4B | `10000100` | RR(0) | 0..9 | rd, rs | 取负 | 扩展 |
| ABS | 4B | `10000101` | RR(0) | 0..9 | rd, rs | 绝对值 | 扩展 |
| INC | 4B | `10000110` | RR(0) | 0..9 | rd, rs | 自增 | 扩展 |
| DEC | 4B | `10000111` | RR(0) | 0..9 | rd, rs | 自减 | 扩展 |
| SQRT | 4B | `10001000` | RR(0) | 浮点 8/9 | rd, rs | 平方根 | 扩展 |
| SIN | 4B | `10001001` | RR(0) | 浮点 8/9 | rd, rs | 正弦 | 扩展 |
| COS | 4B | `10001010` | RR(0) | 浮点 8/9 | rd, rs | 余弦 | 扩展 |
| TAN | 4B | `10001011` | RR(0) | 浮点 8/9 | rd, rs | 正切 | 扩展 |
| ASIN | 4B | `10001100` | RR(0) | 浮点 8/9 | rd, rs | 反正弦 | 扩展 |
| ACOS | 4B | `10001101` | RR(0) | 浮点 8/9 | rd, rs | 反余弦 | 扩展 |
| ATAN | 4B | `10001110` | RR(0) | 浮点 8/9 | rd, rs | 反正切 | 扩展 |
| LN | 4B | `10001111` | RR(0) | 浮点 8/9 | rd, rs | 自然对数 | 扩展 |
| LOG | 4B | `10010000` | RR(0) | 浮点 8/9 | rd, rs | 常用对数 | 扩展 |
| EXP | 4B | `10010001` | RR(0) | 浮点 8/9 | rd, rs | 指数 | 扩展 |
| ROUND | 4B | `10010010` | RR(0) | 浮点 8/9 | rd, rs | 四舍五入（浮点→整数） | 扩展 |
| TRUNC | 4B | `10010011` | RR(0) | 浮点 8/9 | rd, rs | 截断 | 扩展 |
| FLOOR | 4B | `10010100` | RR(0) | 浮点 8/9 | rd, rs | 向下取整 | 扩展 |
| CEIL | 4B | `10010101` | RR(0) | 浮点 8/9 | rd, rs | 向上取整 | 扩展 |
## 4. 比较
| 指令 | 组 | fmt | type | 操作数 | 语义 | 状态 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| CMP_EQ / NE / LT / LE / GT / GE | 8B | RRR | 有 | rd, ra, rb | 按 type：有/无符号/浮点/IEEE（NaN 传播） | 核心 |
| 指令 | 组 | 字节0 编码 | fmt | func | 操作数 | 语义 | 状态 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CMP_EQ | 8B | `01010000` | RRR(1) | 全矩阵 0..9 | rd, ra, rb | 相等 | 核心 |
| CMP_NE | 8B | `01010001` | RRR(1) | 全矩阵 0..9 | rd, ra, rb | 不等 | 核心 |
| CMP_LT | 8B | `01010010` | RRR(1) | 全矩阵 0..9 | rd, ra, rb | 小于（无符号/浮点按 func） | 核心 |
| CMP_LE | 8B | `01010011` | RRR(1) | 全矩阵 0..9 | rd, ra, rb | 小于等于 | 核心 |
| CMP_GT | 8B | `01010100` | RRR(1) | 全矩阵 0..9 | rd, ra, rb | 大于 | 核心 |
| CMP_GE | 8B | `01010101` | RRR(1) | 全矩阵 0..9 | rd, ra, rb | 大于等于 | 核心 |
## 5. 转换
| 指令 | 组 | fmt | type | 操作数 | 语义 | 状态 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| CONV | 4B | RR | dst | rd, rs | 类型转换（dst 在 type 位段；src 值已在寄存器，按 dst 宽度截断/扩展/舍入） | 扩展 |
| TRUNC（并入 CONV 舍入模式） | — | — | — | — | 舍入模式由 CONV 的 op 变体或独立指令（见上） | 扩展 |
| 指令 | 组 | 字节0 编码 | fmt | func | 操作数 | 语义 | 状态 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CONV | 4B | `10010110` | RR(0) | **目标类型** 0..9 | rd, rs | 类型转换（src 值已在寄存器，按目标 func 截断/扩展/舍入；舍入模式随目标为浮点→整数时取 TRUNC 语义） | 扩展 |
## 6. 控制流
| 指令 | 组 | fmt | type | 操作数 | 语义 | 状态 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| JMP | 8B | JMP | 无 | off32 | 无条件跳转（相对下一条，字节） | 核心 |
| JT / JF | 8B | JC | 无 | rd, off | rd≠0/==0 跳转 | 核心 |
| CALL | 8B | IMM | 无 | fn_id | 压帧调用（r0..r7 复制） | 核心 |
| RET | 4B | NONE | 无 | — | 弹帧 / MAIN 周期结束 | 核心 |
| CAL | 8B | SLOT | 无 | fb_id, slot | 内建 FB 调用（fb_id 查 [[fb]] 表） | 核心 |
| JTBL | 32B | 预留 | 无 | rd, slot, n | CASE 跳转表 | 预留 |
| 指令 | 组 | 字节0 编码 | fmt | func | 操作数 | 语义 | 状态 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| JMP | 8B | `01011111` | JMP(4) | — | off32 | 无条件跳转（相对下一条，字节） | 核心 |
| JT | 8B | `01100000` | JC(5) | — | rd, off | rd≠0 跳转 | 核心 |
| JF | 8B | `01100001` | JC(5) | — | rd, off | rd==0 跳转 | 核心 |
| CALL | 8B | `01011101` | CALL(6) | — | fn_id | 压帧调用（r0..r7 复制） | 核心 |
| RET | 4B | `10000011` | NONE(8) | — | — | 弹帧 / MAIN 周期结束 | 核心 |
| CAL | 8B | `01011110` | CAL(7) | — | fb_id, slot | 内建 FB 调用（fb_id 查 [[fb]] 表） | 核心 |
| JTBL | 32B | `00010000` | 预留 | — | rd, slot, n | CASE 跳转表 | 预留 |
## 7. 内建 FB（CAL + fb_id，[[fb]] 表）
@@ -87,41 +120,46 @@
| 8 | DCTUD | cu/cd/r/lu/pv(DINT)/qu/qd/cv(DINT) | 核心 |
| 9 | R_TRIG | clk/q = BOOL/BOOL | 核心 |
| 10 | F_TRIG | clk/q = BOOL/BOOL | 核心 |
| 11 | SR / RS（锁存） | s1/r/s/q… | 扩展 |
| 11 | SR / RS | s1/r/s/q… | 扩展 |
| 12 | PWM | in/pt/q… | 扩展 |
| 13 | RTC | 日期时钟字段 | 扩展 |
## 8. 字符串（未来，元数据段 + 16/32B）
| 指令 | 组 | fmt | 语义 | 状态 |
|---|---|---|---|---|
| STR_LEN | 16B | SLOT+off | 字符串长度 | 预留 |
| STR_CMP / STR_EQ | 16B | SLOT+off | 比较（按元数据段定长/变长） | 预留 |
| STR_CONCAT | 32B | 预留 | 拼接 | 预留 |
| STR_MID / STR_LEFT / STR_RIGHT | 16B/32B | 预留 | 取子串 | 预留 |
| STR_FIND / STR_REPLACE | 32B | 预留 | 查找/替换 | 预留 |
| 指令 | 组 | 字节0 编码 | fmt | 语义 | 状态 |
|---|---|---|---|---|---|
| STR_LEN | 16B | `00100011` | SLOT+off | 字符串长度 | 预留 |
| STR_CMP | 16B | `00100100` | SLOT+off | 比较 | 预留 |
| STR_EQ | 16B | `00100101` | SLOT+off | 相等 | 预留 |
| STR_MID | 16B | `00100110` | SLOT+off | 取子串 | 预留 |
| STR_LEFT | 16B | `00100111` | SLOT+off | 左侧子串 | 预留 |
| STR_RIGHT | 16B | `00101000` | SLOT+off | 右侧子串 | 预留 |
| STR_CONCAT | 32B | `00010011` | 预留 | 拼接 | 预留 |
| STR_FIND | 32B | `00010001` | 预留 | 查找 | 预留 |
| STR_REPLACE | 32B | `00010010` | 预留 | 替换 | 预留 |
## 9. 数组（未来）
| 指令 | 组 | fmt | 语义 | 状态 |
|---|---|---|---|---|
| ARR_LEN | 16B | SLOT+off | 数组长度 | 预留 |
| ARR_LOAD / ARR_STORE | 32B | 预留 | 索引访问（基槽+index） | 预留 |
| 指令 | 组 | 字节0 编码 | fmt | 语义 | 状态 |
|---|---|---|---|---|---|
| ARR_LEN | 16B | `00101001` | SLOT+off | 数组长度 | 预留 |
| ARR_LOAD | 32B | `00010100` | 预留 | 索引读（基槽+index） | 预留 |
| ARR_STORE | 32B | `00010101` | 预留 | 索引写 | 预留 |
## 10. 系统
| 指令 | 组 | fmt | 语义 | 状态 |
|---|---|---|---|---|
| NOP | 4B | NONE | 空操作（占位/对齐） | 核心 |
| 指令 | 组 | 字节0 编码 | fmt | func | 操作数 | 语义 | 状态 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| NOP | 4B | `10000001` | NONE(8) | — | — | 空操作（占位/对齐） | 核心 |
## 11. op 预算核对（前缀编码按组分治）
| 组 | op 空间 | v1 核心用量 | 扩展/预留量 |
|---|---|---|---|
| 4B（op:7） | 128 | MOVE/NOP/NOT/RET ≈ 4 | 124（浮点单目/舍入/CONV 等） |
| 8B（op:6） | 64 | ADD..CMP/LOAD/STORE/LOADK/CALL/CAL/JMP/JT/JF ≈ 19 | 45（位运算/移位/GETBIT 等） |
| 16B（op:5） | 32 | LOAD_OFF/STORE_OFF ≈ 2 | 30（LOADK64/字符串/数组） |
| 32B（op:4） | 16 | 0 | 16（JTBL/复杂字符串） |
| 组 | op 空间 | 已分配 | 指令 | 余量 |
|---|---|---|---|---|
| 4B（op:7） | 128 | 23 | MOVE/NOP/NOT/RET/NEG/ABS/INC/DEC + 浮点单目 10 + 舍入 4 + CONV | 105 |
| 8B（op:6） | 64 | 34 | 算术 6 + 逻辑 6 + 移位 4 + 位操作 4 + CMP 6 + LOAD/STORE/LOADK/CALL/CAL/JMP/JT/JF 8 | 30 |
| 16B（op:5） | 32 | 10 | LOAD_OFF/STORE_OFF/LOADK64 + 字符串 6 + ARR_LEN | 22 |
| 32B（op:4） | 16 | 6 | JTBL + STR_CONCAT/FIND/REPLACE + ARR_LOAD/STORE | 10 |
> 注：以上为全功能**目标清单**，v1 只实现「核心」列；「扩展/预留」列给出指令格式占位，
> 具体操作数形态（如 GETBIT 的槽/寄存器目标、CONV 舍入模式）在实现时定稿。
> 编码约定：op 按组独立编号；无类型指令 func=0；SETBIT 系列的目标可槽形式与
> 字符串/数组的具体操作数形态在实现时定稿（fmt 列「预留」）。