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- 1.1 通用头部位号表（长度前缀/opcode/func/fmt） - 1.2 fmt 位号总表（11 形态 + 预留，操作数区 bit16 起） - 1.3 各位图：RR/RRR/IMM/SLOT/JMP/JC/CALL/CAL/NONE/SLOT+off/IMM64 逐位标注（含 pad 填充位）；32B 预留格式待定 - 16B 形态分配 fmt 9（SLOT+off）/10（IMM64）；指令编码.md 同步 - 原指令章节顺延为 2..12
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# 指令编码（V2：RISC-V 式 op + func）
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> 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），
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> 与 [`指令集优化.md`](指令集优化.md)（格式/数据模型/待确认）配套。
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> 定案日期：2026-08-24。
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## 1. 设计原则（RISC-V 式）
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```text
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RISC-V: opcode 决定指令的"功能族"（LOAD/STORE/OP/BRANCH…）
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funct3/funct7 决定"功能细节"（宽度/符号/变体）
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lb 与 lbu 同一 opcode，funct3 区分符号
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本方案: op 决定指令的"功能"（MOVE/LOAD/ADD…）
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func 决定"功能的细节"（宽度/符号/浮点/变体）
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func 的语义由 op 决定（随 op 变，不是全局统一表）
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```
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- **opcode 只决定指令的功能**；func 决定功能的细节
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- **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
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## 2. 指令字结构（头两字节 + 操作数区）
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```text
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指令 = 字节0 + 字节1 + 操作数区（rd/rs/slot/off…，按 fmt 与长度组）
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字节 0 字节 1
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[前缀 | op] [func:4 | fmt:4]
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↑ ↑ ↑
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长度+主操作码 功能细节 操作数形态
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```
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### 2.1 字节 0：长度前缀 + 主操作码（前缀编码，UTF-8/RISC-V 式）
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| 前缀（从最高位开始比对） | 指令长度 | op 位宽 | op 空间 |
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|---|---|---|---|
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| `1` | 4 字节 | 7 位 | 128 |
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| `01` | 8 字节 | 6 位 | 64 |
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| `001` | 16 字节 | 5 位 | 32 |
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| `0001` | 32 字节（预留） | 4 位 | 16 |
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- **长度自描述**：前缀本身即长度，未来 64B 可续 `00001`（无限延伸）
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- **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）
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- 取指：读字节 0 → 前缀判定长度 → 搬整条
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### 2.2 字节 1：func + fmt（各 4 位）
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```text
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[func:4 | fmt:4]
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高 4 位 = func 功能细节（宽度/符号/浮点）
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低 4 位 = fmt 操作数形态
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```
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## 3. func 位段（4 位，16 种）
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| func | 语义 | 覆盖类型（编译期映射） |
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|---|---|---|
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| 0 | 1 字节、无符号 | BOOL、BYTE、USINT |
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| 1 | 1 字节、有符号 | SINT |
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| 2 | 2 字节、无符号 | WORD、UINT |
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| 3 | 2 字节、有符号 | INT |
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| 4 | 4 字节、无符号 | DWORD、UDINT、DATE |
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| 5 | 4 字节、有符号 | DINT |
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| 6 | 8 字节、无符号 | LWORD、ULINT、DT、TOD |
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| 7 | 8 字节、有符号 | LINT、TIME |
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| 8 | F32 | REAL |
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| 9 | F64 | LREAL |
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| 10..15 | 预留 | |
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- **func 语义随 op**：
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- MOVE：只表达**宽度**（1/2/4/8B 搬运），不管符号/浮点
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- LOAD/STORE：宽度×符号（读几字节 + 符号/零扩展）
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- ADD/SUB/MUL/DIV：宽度×符号（整数饱和）+ F32/F64（浮点 IEEE）
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- 逻辑（AND/OR/NOT/位运算）：宽度（BOOL 情况由编译器保证 0/1 输入）
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- 跳转/调用/CAL/无类型指令：func 不使用（保留 0）
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- **VM 只认 func**（10 种数据语义），无类型概念；类型语义全在编译层
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## 4. fmt 位段（4 位，9 种格式 + 7 预留）
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| fmt | 形态 | 说明 |
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|---|---|---|
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| 0 | RR | rd, rs（MOVE/NOT/浮点单目） |
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| 1 | RRR | rd, ra, rb（算术/比较/位运算） |
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| 2 | IMM | rd, 32 位立即数（LOADK/CALL） |
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| 3 | SLOT | rd, slot32（LOAD/STORE/CAL） |
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| 4 | JMP | off32 |
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| 5 | JC | rd, off（JT/JF） |
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| 6 | CALL | fn_id（独立格式，未合并） |
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| 7 | CAL | fb_id, slot（独立格式，未合并） |
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| 8 | NONE | 无操作数（RET/NOP） |
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| 9 | SLOT+off | rd, slot, off（16B：结构体/FB 字段访问） |
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| 10 | IMM64 | rd, imm64（16B：64 位立即数内嵌） |
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| 11..15 | 预留 | |
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- **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"）
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- **16B 形态分配 fmt 9/10**：SLOT+off（字段访问）、IMM64（立即数内嵌）——fmt 4 位 16 空间：0..10 用 + 11..15 预留
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## 5. 长度组 × 格式族（操作数区）
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| 长度组 | 格式族 | 操作数区 |
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|---|---|---|
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| 4B | NONE / RR | rd + rs1（各 1B） |
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| 8B | RRR / IMM / SLOT / JMP / JC / CALL / CAL | + rs2 + slot32/fn_id32/const_id32/off32 |
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| 16B | SLOT+off（字段访问）/ IMM64 | + slot32 + off32/imm64 |
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| 32B | 预留（JTBL/复杂字符串） | — |
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## 6. 类型系统（编译期）→ func 映射
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- **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
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- **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
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- **运行时**：VM 只认 func 的 10 种"宽度+符号+浮点"组合，机械执行
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- 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）
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- TIME 用 8B 有符号 func（毫秒语义在编译层）
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- 常量表：条目 8B 原始值（无 tag），LOADK 按 func 解释（A2 定案不变）
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## 7. 与 RISC-V 的对照
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| | RISC-V | 本方案 |
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|---|---|---|
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| 主功能 | opcode[6:0] | 前缀 + op（按长度组分治） |
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| 细节 | funct3（3 位）/ funct7 | func（4 位，10 组合） |
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| 形态 | rd/rs1/rs2/imm 固定位置 | fmt（4 位，9 形态） |
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| 宽度×符号 | lb/lbu/lh/lhu/lw/lwu/ld | func 0..9 全矩阵 |
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| 指令长 | 定长 32 位（+RVC 压缩 16 位） | 变长 4/8/16/32B（前缀编码） |
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## 8. 决策历史
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- 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）
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- func 4 位（16 种）够用；10 组合实际使用
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- 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）
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- 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
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- BOOL 编译器强制 0/1，越界报错
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- 字节 1 = [func:4 | fmt:4] → fmt 4 位 → **格式合并作废**（CALL/CAL 独立格式）
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