6.5 KiB
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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（格式/数据模型/待确认）配套。修订：2026-08-24。
1. 设计原则（RISC-V 式）
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）
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） |
010 000 |
8B | 010 000 | IMM | 2 位 | 4 | LOADK（1） |
010 001 |
8B | 010 001 | SLOT | 2 位 | 4 | LOAD/STORE（2） |
010 010 |
8B | 010 010 | JMP | 2 位 | 4 | JMP（1） |
010 011 |
8B | 010 011 | JC | 2 位 | 4 | JT/JF（2） |
010 100 |
8B | 010 100 | CALL | 2 位 | 4 | CALL（1） |
010 101 |
8B | 010 101 | CAL | 2 位 | 4 | CAL（1） |
010 110/111 |
8B | 010 11x | 预留 | 2 位 | 4+4 | — |
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；形态全部由前缀分区直推（含 010 区内部分区）
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、TOD |
| 5 | 4 字节、有符号 | DINT |
| 6 | 8 字节、无符号 | LWORD、ULINT、DT |
| 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（全部前缀直推，零查表）
| 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 |
010 000 |
IMM | 前缀直推 |
010 001 |
SLOT | 前缀直推 |
010 010 |
JMP | 前缀直推 |
010 011 |
JC | 前缀直推 |
010 100 |
CALL | 前缀直推 |
010 101 |
CAL | 前缀直推 |
0010 |
SLOT+off | 前缀直推 |
0011 |
IMM64 | 前缀直推 |
0001 |
预留 | 待定 |
010 区内部分区（8 条，形态位 3 位 + 子 op 2 位）：
| 完整前缀 | 指令 | 子 op | 形态 | 操作数区 |
|---|---|---|---|---|
010 000 |
LOADK | 00 | IMM | rd=23..16、imm32=55..24、pad=63..56 |
010 001 |
LOAD | 00 | SLOT | rd=23..16、slot32=55..24、pad=63..56 |
010 001 |
STORE | 01 | SLOT | 同上 |
010 010 |
JMP | 00 | JMP | off32=47..16、pad=63..48 |
010 011 |
JT | 00 | JC | rd=23..16、off32=55..24、pad=63..56 |
010 011 |
JF | 01 | JC | 同上 |
010 100 |
CALL | 00 | CALL | fn_id32=47..16、pad=63..48（rd 恒 0） |
010 101 |
CAL | 00 | CAL | fb_id16=31..16、slot32=63..32（rd 恒 0） |
rd 恒 0 约定（U14 定案）：CALL / CAL 的 rd 字节（23..16）未使用，编码恒 0；指令身份由前缀分区 + op 决定，rd 不参与语义。
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，全部前缀直推（零查表）：
| 前缀 | 形态 | uses_rd | uses_ra | uses_rb |
|---|---|---|---|---|
11 |
RR | ✓ | ✓（rs） | — |
10 |
NONE | — | — | — |
011 |
RRR | ✓ | ✓ | ✓ |
010 000 |
IMM | ✓ | — | — |
010 001 |
SLOT | ✓ | — | — |
010 010 |
JMP | — | — | — |
010 011 |
JC | ✓ | — | — |
010 100 |
CALL | — | — | — |
010 101 |
CAL | — | — | — |
0010 |
SLOT+off | ✓ | — | — |
0011 |
IMM64 | ✓ | — | — |
执行：if (uses_rd && rd >= nregs) → BadOp——所有指令零查表，形态由前缀直推。
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；010 区六形态见 §5 |
| 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；后定 010 区内部分区（形态位 3 位+子 op 2 位），全部形态前缀直推、零查表；11=RR、10=NONE（4B）；0010=SLOT+off、0011=IMM64（16B） - fmt 位段取消：形态全部由前缀分区表达（010 区内部再分区，零查表）；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