指令集优化（V2 规格，型号 STATOR2）
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。
1. 背景与动机
| # |
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（1/2/4/8 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 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 = 操作数形态（fmt）的自然覆盖
| 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 |
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（全部编码在头 2 字节）：
- 指令长度 ←
len 组
- 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）
- 寄存器编号 = 1 字节（8 位）→ 256 个/帧（定长）
- 编号容量恒定关系：
8bit×256 == 16bit×128 == 32bit×64 == 64bit×32（编号位宽 × 数量反比，总容量恒定）
- 寄存器值仍 8 字节（int64）；codegen
register overflow (>256) 检查保留
- 调用约定不变：r0 结果、r1..r7 参数、r8+ 变量/临时
2.3 数据模型：槽表（引用）→ 值区（数据）
- 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：
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 全基础类型（19 种，type:5）
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 |
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
- 常量表契约（A2 定案）：条目 = 8 字节原始值（无 tag），按位模式去重；
LOADK rd, const_id（8B IMM 形态）用指令 type 位段解释（读 width 字节、按符号扩展），
与 LOAD 语义统一；同一常量可被不同 type 的 LOADK 复用（字面量按上下文适配的落地）。
V1 的 {tag, value} 契约废弃。IMM64 形态（16B 内嵌 64 位值）保留编码、v1 不发射。
- 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）
段序：头 → 常量表 → 函数表 → 字节码 → 槽表段 → 值段 → 元数据段（预留） → SHA-256 尾
2.6 其他定案
- 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）
- FB 编码定案（B1/B2）：1 条 CAL（SLOT 形态，8B：头 2 + fb_id:16 + slot32）+ fb_id 16 位（查 machine.toml
[[fb]] 表）；新增内建 FB 只改配置 + VM 实现，指令格式零变化。V1 的 CAL_TON..CAL_F_TRIG 8 个 opcode 作废
- 领域指令不进指令集（B4 定案）：运动控制 / 通信等全部走 FB 库（ST 层 FB + CALL + 共享体），V2 不设 EXT 服务指令——op 位段只承载基础指令
2.7 调用与内联策略（V1 现状 + V2 方向）
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，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 |
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（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] + [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（1/2/4/8B） |
| 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 |
| 型号 |
STATOR1 |
STATOR2 |
4. 尚未确定项（细节，待逐项闭合）
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 |
状态 |
| A1 |
元数据段格式 |
结构体/字符串的表 schema——v1 预留但格式未定（待定） |
A2 |
常量内嵌 vs 常量表 |
已定案：常量表（8B LOADK 查表）；LOADK 用 type 位段解释；条目 8B 无 tag；IMM64 预留不发射 |
| A3 |
内建 FB 字段类型化 |
已定案：字段类型化（TON: in/pt/q/et = BOOL/TIME/BOOL/TIME；R_TRIG: clk/q = BOOL/BOOL）；计数器单/双字（INT/DINT）编码形式 = CAL 的 type 位段给计数宽度（B3，说明中待确认） |
| A4 |
DATE/TOD/DT 字面量 |
已定案：v1 不支持（类型存在，仅声明/存取/比较，无 D#/TOD#/DT# 字面量语法） |
| A5 |
算术语义细化 |
已定案：饱和模板化到各宽度（SINT/DINT/LINT）；TIME+TIME / TIME-TIME / TIME 比较；浮点 IEEE 常规（溢出→±inf、0 除→±inf、NaN 传播，无特判）；DATE/TOD/DT 不做运算（仅存取/比较） |
| A6 |
sidecar/I/O 绑定 |
已定案：与现状一致——绑定粒度仍 slot = 槽号（指向槽表条目），channel/bit 语义不变 |
| A7 |
disasm 文本格式 |
已定案：类型后缀形式：LOAD.I16 r5, s3、STORE.U32 s1, r7、ADD.F64 r1, r2, r3 |
| A8 |
machine.toml V2 schema |
已定案：type 表 = 编译器内建基元别名（bit/int8/int16/int32/int64/uint8/uint16/uint32/uint64/float32/float64）：REAL→base float32（=C float）、LREAL→base float64（=C double），其余按位宽/符号映射；op 表 {name, op(0..63), fmt} + fmt/type 位段互锁校验 |
A9 |
字面量类型推断 |
已定案：按上下文适配；默认 DINT 仅作兜底语义（上下文恒存在，正常程序不触发） |
A10 |
FB 编码 |
已定案（B1/B2）：1 CAL + fb_id 16 位（查 fb 表）；新增 FB 只改配置 + VM 实现 |
另：CALL 的 V2 确认（随 A10）——ret_pc 字节化（随跳转已定）；CALL（IMM 形态）rd 恒 0；帧/寄存器约定不变（r0..r7 复制）。
未定 / 待细化（C1..C6）
| # |
项 |
说明 |
| C1 |
元数据段格式（原 A1） |
结构体/字符串表 schema——v1 预留但格式未定；建议 v1 定「0 长度占位段，schema 延后」 |
| C2 |
头 128B 布局终稿 |
§2.5 字段表（64/68 改义、n_slots/n_values）需与 A8 schema 最终核对 |
| C3 |
machine.toml [[fb]] 表 schema |
fb_id/name/字段类型（含单/双字计数 width 列）细则——随 B3 定 |
| C4 |
CALL/CAL 的 rd 字段约定成文 |
已定「恒 0」，待写入规范文档 |
| C5 |
line1 推演重算 |
实施阶段（阶段 5）才需要 |
| C6 |
CTU/CTD/CTUD 字段表终稿 |
pv/cv 定 INT/DINT 后，字段宽度/对齐/偏移终稿（随 B3 定） |
8. 待讨论（用户反问）
A9：什么情况下会没有上下文？（已定案）
ST 中字面量只能出现在表达式/赋值里（x := 5、y + 5、IF 16#FF > t THEN），
目标类型或运算操作数类型恒在，v1 无"裸字面量"位置——上下文恒存在。
因此"默认 DINT"只是防御性兜底（编译器内部缺类型时的报错路径），
正常程序不触发。结论：按上下文适配即可，默认 DINT 保留为兜底语义。已确认（2026-08-24）。
A10：FB 为什么会有 8 种？（已定案）
V1 的 CAL_TON..CAL_F_TRIG 是 8 个 opcode（24..31），因为 V1 opcode 充足、无位段压力。
V2 的 op 位段仅 6 位（64 个），FB 占 8 个不划算，且 machine.toml 已有 [[fb]] 表
（8 条，含 opcode 字段）——可收敛为 1 个 CAL（SLOT 形态）+ FB 类型 id（立即数/查 fb 表）：
- 收益：op 位段省 7 个；新增 FB（如自定义内建）不加 opcode、只加配置
- 代价：VM 按 id 分派（一次查表，可接受）；disasm 需查 fb 表打印名称
- 关联：A3 的单字/双字计数变体编码也随此定（fb 表加 width/type 列即可）
已定案（B1/B2）：1 CAL + fb_id 16 位。
后续扩展讨论（B4/B5）：领域指令（运动控制/通信）不进指令集——PLCopen 运动控制本
是 FB 库；V2 不设 EXT 服务指令，一切领域功能走 FB 库（CALL + 共享体）。op 位段预算见 B5。
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 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 |
| docs |
指令与映像、指令配置、stb文件格式、寄存器码、指令执行（line1 推演重算）、扫描周期、初步计划、README |
6. 实施阶段（每阶段独立可验证 + 提交）
- 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
- isa 重构：变长 Instr + 位域 Op + Encode + isa_test
- compiler 侧：machine.toml V2 + MachineConfig + Codec + Codegen + Stb + 对应测试
- vm 侧：Image + Machine（两级访问）+ vm_test
- executor + 全链路：cases 20 个 + cli 测试 + line1 产物重生成
- 文档收尾：指令执行推演、扫描周期、初步计划、README
7. 决策历史（讨论纪要）
- 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 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：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#）
- A2 定案：LOADK 用 type 位段解释常量值（与 LOAD 语义统一）；常量表条目 8B 无 tag；IMM64 预留不发射
- A3..A8 定案（2026-08-24）：计数器单/双字两种；DATE 字面量不支持；TIME/浮点运算按推荐；sidecar 一致；disasm 类型后缀；type 表=基元别名（REAL→float32、LREAL→float64）
- A9 定案：按上下文适配、默认 DINT 兜底（用户确认）
- A10 定案（B1/B2）：1 CAL + fb_id 16 位（查 fb 表）；V1 的 8 个 CAL_* opcode 作废
- B4 定案：领域指令（运动控制/通信）不进指令集，一律 FB 库；无 EXT 服务指令
- B3/B5 说明中待确认：单/双字计数编码（CAL type 位段）、op 位段预算
- 未定项记录：C1 元数据段 / C2 头终稿 / C3 fb 表 schema / C4 rd 约定成文 / C5 line1 推演 / C6 计数器字段表
9. 确认核验清单（2026-08-24 核对）
原则：未明确回答 ≠ 同意。本清单逐项记录「用户明确回答」与「待确认」，
待确认项由用户逐项表态后闭合。
9.1 已确认（用户明确回答）
| # |
项 |
用户回答 |
| K1 |
变长指令（长度编码在 opcode） |
「变长指令，指令长度编码再opcode里面」 |
| K2 |
寄存器 8 位编号 256/帧（容量恒定式） |
「寄存器大小不变，8bit256 == 16bit128 == ...」 |
| K3 |
宽度编码进 opcode（非槽表带类型） |
question 选「宽度编码进 opcode」 |
| K4 |
初值整合 .stb 内分段（ELF 式） |
question 选「整合在 .stb 内分段」 |
| K5 |
全 32 位寻址（槽号 u32 + 地址 u32） |
question 选「全 32 位寻址」 |
| K6 |
type:5（32 种，含 DATE/TOD/DT 19 基础类型） |
「B」 |
| K7 |
跳转偏移字节化 |
「接受」 |
| K8 |
I/Q/M 六条合并为 LOAD/STORE 两条 |
「合并」 |
| K9 |
LOADF 取消（LOAD/STORE 16B 变体=字段访问） |
「LOADF和普通的LOAD应该没有区别吧」 |
| K10 |
ST 层类型全量（19 类型名进关键字） |
「全量」 |
| K11 |
禁止隐式变量转换（编译期检查） |
「禁止隐式变换，只需要编译阶段检查」 |
| K12 |
进制前缀（2#/8#/16#） |
「进制前缀」 |
| K13 |
A2 常量表（LOADK type 解释、条目 8B 无 tag、IMM64 预留） |
「使用常量表吧」+ 讨论 |
| K14 |
A3 计数单字/双字两种都要 |
「需要两种，单字的和双字的计数指令都要有」 |
| K15 |
A4 DATE/TOD/DT 字面量 v1 不支持 |
「先不支持」 |
| K16 |
A5 算术语义（饱和模板/TIME±/浮点 IEEE/DATE 不运算） |
「先做吧」 |
| K17 |
A6 sidecar 绑定粒度一致（slot=槽号） |
「应该可以保持一致」 |
| K18 |
A7 disasm 类型后缀（LOAD.I16 r5, s3） |
「类型后缀」 |
| K19 |
A8 type 表=基元别名（REAL→float32、LREAL→float64） |
「类型：编译器内建基元...float32-float，float64-double」 |
| K20 |
A9 字面量按上下文适配、默认 DINT 兜底 |
「就这么做」 |
| K21 |
B1 fb_id 16 位 |
「16位」 |
| K22 |
B2 1 CAL + fb_id（查 fb 表） |
「cal + fb_id」 |
| K23 |
B4 领域指令不进指令集（运动/通信走 FB 库） |
「不进指令集」 |
9.2 待确认（用户未明确回答）
| # |
事项 |
当前文档写法 |
待表态 |
| U1 |
格式合并 9→7（CALL→IMM、CAL→SLOT，fmt 4→3 位） |
§2.1 已写定案 |
接受 / 改 |
| U2 |
长度组映射 4/8/16/32B（32B 预留） |
§2.1 已写 |
接受 / 改 |
| U3 |
字节布局 [len:2|op:6] + [type:5|fmt:3] 两字节头 |
§2.1 已写 |
接受 / 改 |
| U4 |
结构体 v1 只留编码不实现语法（原问题 5，未答） |
§2.6 已写"不实现" |
预留 / 实现 |
| U5 |
B3 最新方案：fb 表拆条 CTU/DCTU/CTD/DCTD/CTUD/DCTUD（6 计数 + TON/TOF/TP/R_TRIG/F_TRIG = 11 条） |
用户提出，未最终确认 |
定案 / 改 |
| U6 |
B5 op 预算：基础 23 + 余 41，op:6 不扩 |
讨论过，未写文档 |
接受 / 改 |
| U7 |
头 128 字节布局（64/68 改义、n_slots/n_values、型号@72、112..127 预留） |
§2.5 已写 |
未细审，确认 / 改 |
| U8 |
槽表条目 {addr:u32, 预留:u32} 8B |
§2.3 已写 |
确认 / 改 |
| U9 |
值段对齐 1/2/4/8B 编译器保证 |
§2.3 已写 |
确认 / 改 |
| U10 |
寄存器值 int64（8B）不变 + 调用约定 r0..r7 不变 |
§2.2 已写 |
确认 / 改 |
| U11 |
CAL 编码布局（头2 + fb_id:16 + slot32 = 8B） |
讨论过未成文 |
确认 / 改 |
| U12 |
C1 元数据段：v1 定 0 长度占位、schema 延后 |
§4 建议 |
确认 / 改 |
| U13 |
DATE/TOD/DT 表示（uint32 天 / uint32 当日ms / uint64） |
§2.4 已写 |
确认 / 改 |
| U14 |
CALL/CAL 的 rd 恒 0 约定成文 |
讨论过未成文 |
确认 / 改 |
| U15 |
无类型指令 type=NONE（MOVE/跳转/CALL/RET 等） |
§2.1 已写 |
确认 / 改 |
| U16 |
off32 相对下一条公式（目标=当前+off，字节单位） |
§2.1 已写 |
确认 / 改 |
10. 全功能指令集清单（草案，参考）
全功能目标下的完整指令清单。状态列：核心 = v1 实现；扩展 = v1 后实现；预留 = 仅留编码/未来。
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。
10.1 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 |
10.2 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 |
10.3 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 |
10.4 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 |
10.5 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 |
10.6 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 |
10.7 内建 FB（CAL + fb_id，fb 表）
| fb_id |
FB |
字段（类型化） |
状态 |
| 0 |
TON |
in/pt/q/et = BOOL/TIME/BOOL/TIME |
核心 |
| 1 |
TOF |
同上 |
核心 |
| 2 |
TP |
同上 |
核心 |
| 3 |
CTU |
cu/r/pv(INT)/q/cv(INT) 单字 |
核心 |
| 4 |
DCTU |
cu/r/pv(DINT)/q/cv(DINT) 双字 |
核心 |
| 5 |
CTD |
cd/ld/pv(INT)/q/cv(INT) |
核心 |
| 6 |
DCTD |
cd/ld/pv(DINT)/q/cv(DINT) |
核心 |
| 7 |
CTUD |
cu/cd/r/lu/pv(INT)/qu/qd/cv(INT) |
核心 |
| 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 |
| 12 |
PWM |
in/pt/q… |
扩展 |
| 13 |
RTC |
日期时钟字段 |
扩展 |
10.8 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 |
10.9 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 |
10.10 系统
| 指令 |
组 |
fmt |
语义 |
状态 |
| NOP |
4B |
NONE |
空操作（占位/对齐） |
核心 |
10.11 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） |
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。
Admin
e98054706c