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（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）
- 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）
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）
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）
Admin
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