# 指令编码（V2：RISC-V 式 op + func + 前缀分区形态）

> 状态：**定案存档**。RISC-V 式指令编码：opcode 定功能、func 定细节、
> **操作数形态由长度组前缀分区表达**（fmt 位段已取消）。
> 与 [`指令集优化.md`](指令集优化.md)（格式/数据模型/待确认）配套。修订：2026-08-24。

## 1. 设计原则（RISC-V 式）

```text
opcode 决定指令的"功能"（MOVE/LOAD/ADD…）
func   决定"功能的细节"（宽度/符号/浮点）
操作数形态（RR/RRR/IMM/SLOT/…）由长度组前缀分区 + 小表表达
```

## 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…，按形态）

字节 0                 字节 1
[长度前缀+分区 | op]   [func:4 | 空:4]
  ↑                      ↑
  长度+形态分区+操作码     功能细节（空 4 位待全部编码后定）
```

## 3. 前缀编码与形态分区

前缀从最高位起比对，长度与形态分区一体：

| 前缀 | 指令长度 | 分区 | 形态 | op 位宽 | op 空间 | 指令 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| `11` | 4B | 11 | **RR** | 6 位 | 64 | MOVE/NOT/NEG/ABS/INC/DEC/浮点单目/舍入/CONV（21） |
| `10` | 4B | 10 | **NONE** | 6 位 | 64 | NOP/RET（2） |
| `011` | 8B | 011 | **RRR** | 5 位 | 32 | 算术/逻辑/移位/位操作/比较（26） |
| `010` | 8B | 010 | **查表**（6 种形态） | 5 位 | 32 | LOADK/LOAD/STORE/JMP/JT/JF/CALL/CAL（8，见 §5） |
| `0010` | 16B | 0010 | **SLOT+off** | 4 位 | 16 | LOAD_OFF/STORE_OFF/字符串（8） |
| `0011` | 16B | 0011 | **IMM64** | 4 位 | 16 | LOADK64（1） |
| `0001` | 32B | 0001 | 预留 | 4 位 | 16 | JTBL/复杂字符串/数组（6，形态待定） |

- **长度自描述**：`1` 开头 → 4B、`01` → 8B、`001` → 16B、`0001` → 32B（前缀分区不改变长度判定）
- **op 按组内独立编号**（各区从 0 起）
- 取指：读字节 0 → 前缀定长 → 搬整条；形态由前缀分区直推（010 区查表）

## 4. func 位段（字节 1 高 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=宽度；LOAD/STORE=宽度×符号；ADD..=宽度×符号+浮点；逻辑=宽度；无类型指令 func=0（不使用）
- **字节 1 低 4 位暂空**：待全部指令编码完后决定用途（func 扩位/扩展字段）

## 5. 形态识别（前缀直推 + 010 区查表）

| 前缀 | 形态 | 识别方式 |
|---|---|---|
| `11` | RR | 前缀直推 |
| `10` | NONE | 前缀直推 |
| `011` | RRR | 前缀直推 |
| `010` | 见下表（8 条） | **op 查表** |
| `0010` | SLOT+off | 前缀直推 |
| `0011` | IMM64 | 前缀直推 |
| `0001` | 预留 | 待定 |

**010 区查表（8 条）**：

| 子 op | 指令 | 形态 | 操作数区 |
|---|---|---|---|
| 0 | LOADK | IMM | rd=23..16、imm32=55..24、pad=63..56 |
| 1 | LOAD | SLOT | rd=23..16、slot32=55..24、pad=63..56 |
| 2 | STORE | SLOT | 同上 |
| 3 | JMP | JMP | off32=47..16、pad=63..48 |
| 4 | JT | JC | rd=23..16、off32=55..24、pad=63..56 |
| 5 | JF | JC | 同上 |
| 6 | CALL | CALL | fn_id32=47..16、pad=63..48 |
| 7 | CAL | CAL | fb_id16=31..16、slot32=63..32 |

## 6. uses_rd / uses_ra / uses_rb（寄存器越界检查推导）

"哪些字段是寄存器"由形态决定，前缀直推 + 010 查表：

| 形态 | uses_rd | uses_ra | uses_rb |
|---|---|---|---|
| RR（11） | ✓ | ✓（rs） | — |
| NONE（10） | — | — | — |
| RRR（011） | ✓ | ✓ | ✓ |
| 010 区 | 查表（IMM/SLOT/JC 的 rd ✓；JMP/CALL/CAL —） | 查表（—） | 查表（—） |
| SLOT+off（0010） | ✓ | — | — |
| IMM64（0011） | ✓ | — | — |

执行：`if (uses_rd && rd >= nregs) → BadOp`——RRR 等大组零查表直推，010 区 8 条查小表。

## 7. 长度组 × 操作数区

| 前缀 | 长度 | 操作数区（bit16 起） |
|---|---|---|
| 11/10 | 4B | RR: rd=23..16、rs=31..24；NONE: pad=31..16 |
| 011/010 | 8B | RRR: rd+rs1+rs2+pad；其余见 §5 查表 |
| 0010/0011 | 16B | SLOT+off: rd+slot32+off32+pad；IMM64: rd+imm64+pad |
| 0001 | 32B | 预留（操作数区 30B，格式待定） |

## 8. 类型系统（编译期）→ func 映射

- **编译期**：19 种 IEC 基础类型，类型检查严格比对——不匹配编译期报错
- **BOOL 约束**：编译器限制 0/1，越界报错；VM 无 BOOL 特例
- **运行时**：VM 只认 func 的 10 种"宽度+符号+浮点"组合
- 常量表：条目 8B 原始值（无 tag），LOADK 按 func 解释

## 9. 决策历史

- 用户提出 RISC-V 式：opcode 定功能、func 定细节
- 前缀分区：用户提出 `011`=RRR、`010`=其他（8 条查表）；`11`=RR、`10`=NONE（4B）；`0010`=SLOT+off、`0011`=IMM64（16B）
- **fmt 位段取消**：形态由前缀分区 + 010 区查表表达；字节 1 = [func:4 | 空:4]，空位待全部编码后定
- func 4 位（10 组合）；MOVE 只管宽度；19 类型 → 10 func 编译期映射；BOOL 编译器强制 0/1