阶段5-2：文档收尾——vm 指令执行/扫描周期、compiler 寄存器码/符号表/STCompiler说明、executor 入口全部更新为 V2
This commit is contained in:
@@ -1,13 +1,13 @@
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# STCompiler 使用说明
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把 ST 工程（`project.toml` + 若干 `.st`）编译成单一映像 `.stb`。执行由 `BytecodeExecutor`（12.9/12.10 实现）负责。
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把 ST 工程（`project.toml` + 若干 `.st`）编译成单一映像 `.stb`。执行由 `BytecodeExecutor` 负责。
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## 构建
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```bash
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cmake --preset gcc-debug # 配置
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cmake --build --preset gcc-debug # 编译
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ctest --test-dir build/gcc-debug # 测试（当前 9 个用例）
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ctest --test-dir build/gcc-debug # 测试（14/14 全绿）
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```
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可执行文件：`build/gcc-debug/compiler/STCompiler`
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@@ -35,29 +35,39 @@ STCompiler <name>.stb --disasm --machine <machine.toml>
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```bash
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$ STCompiler line1.stb --disasm --machine machine.toml
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image: line1.stb (288 bytes, 2 functions, 4 globals, entry fn 1)
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dt_ms=10 cycle_limit=100000 hash=0xc3fe4ae74ad45900 model=STATOR1 sha=ok
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image: line1.stb (399 bytes)
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header:
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magic = 0x43545353 # 魔数 "STSC"
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version = 2 # 格式版本（V2）
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model = STATOR2 # 型号标识
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...
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n_slots = 5 # 槽表条目数
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values_size = 7 # 值段字节数
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max_stack = 116 # 栈区字节数（编译期算）
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sha = ok # 文件尾 SHA-256 完整性
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functions:
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fn 0: nregs=8, offset=0, len=1
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0x0080 RET
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fn 1: nregs=13, offset=4, len=17
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0x0084 LOAD_I r8, 1
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0x0088 STORE_GLOBAL r8, 4
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fn 0: nregs=8, offset=0, len=4
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0x0098 RET
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fn 1: nregs=13, offset=4, len=164
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0x009c LOAD.U8 r8, s1
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0x00a4 STORE_OFF.U8 r8, s4, 0
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...
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data (56 bytes):
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slots:
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[0] addr=0
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data (7 bytes):
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0x0000: ...
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```
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说明：
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- 指令偏移是**文件绝对字节偏移**，可直接对照 `xxd line1.stb`
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- 映像里**没有符号名**（函数表只有 fn_id，数据段无名字映射），因此按 `fn 0` / `fn 1`、槽号显示
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- 指令偏移是**文件绝对字节偏移**，可直接对照 `xxd line1.stb`（V2 指令变长 4/8/16/32B）
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- 映像里**没有符号名**（函数表只有 fn_id，槽表/值段无名字映射），因此按 `fn 0` / `fn 1`、槽号显示；`--dump-map` 可打印变量/槽映射
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- `model=` 显示型号标识（`machine.toml [meta]` 生成）；`sha=ok|BAD` 显示文件尾 SHA-256 校验结果
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- 文件损坏或打不开 → `error: ...` 退出码 1
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## 编译产物（.stb 加固）
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- **型号标识[32]**：`[meta] name + version` 拼成（如 `"STATOR1"`），写进头偏移 72
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- **型号标识[32]**：`[meta] name + version` 拼成（如 `"STATOR2"`），写进头（V2 头 128B，`kOffModelId`=32）
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- **SHA-256 文件尾[32]**：对文件尾之前全部内容计算；compiler 写侧与 vm 读侧各实现一份
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- 执行器读取时型号不匹配 / SHA 不符 → 直接拒绝（详见 `Doc/isa/指令与映像.md` 12.13 修订）
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@@ -73,10 +83,10 @@ files:
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hash: 0xc3fe4ae74ad45900
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$ STCompiler examples/line1/project.toml -o line1.stb --machine compiler/machine.toml
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compiled: line1.stb (288 bytes, 2 functions, 4 globals)
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compiled: line1.stb (399 bytes, 2 functions, 4 globals)
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```
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产物：`line1.stb`（288 字节：头 104 含型号标识 + 各段 + SHA-256 文件尾）+ `line1.runtime.toml`（sidecar）。指令见 `Doc/isa/指令与映像.md`，结构拆解见 `Doc/isa/stb文件格式.md`。
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产物：`line1.stb`（399 字节：头 128B 含型号标识 + 各段 + SHA-256 文件尾）+ `line1.runtime.toml`（sidecar）。指令见 `Doc/isa/指令与映像.md`，结构拆解见 `Doc/isa/stb文件格式.md`。
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## 工程文件（project.toml）
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@@ -117,15 +127,15 @@ bit = 2
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**变量段**：`VAR` / `VAR_INPUT` / `VAR_OUTPUT` / `VAR_GLOBAL`（仅 `gvl.file` 顶层）/ `VAR_EXTERNAL`。
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**类型**：`BOOL` / `INT` / `TIME`；内建 FB 类型 `TON` / `TOF` / `TP` / `CTU` / `CTD` / `CTUD` / `R_TRIG` / `F_TRIG`（关键字，不可作变量名）。
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**类型**：19 种（`BOOL`/`SINT`/`INT`/`DINT`/`LINT`/`BYTE`/`WORD`/`DWORD`/`LWORD`/`USINT`/`UINT`/`UDINT`/`ULINT`/`REAL`/`LREAL`/`TIME`/`DATE`/`TOD`/`DT`）；内建 FB 15 条（`TON`/`TOF`/`TP`/`CTU`/`DCTU`/`CTD`/`DCTD`/`CTUD`/`DCTUD`/`R_TRIG`/`F_TRIG`/`SR`/`RS`/`PWM`/`RTC`，关键字，不可作变量名；FB 名三层判定：toml fb 表 → 用户 FB → 类型名）。
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**语句**：赋值 `:=`、`IF / ELSIF / ELSE / END_IF`、`WHILE / END_WHILE`、FB 调用 `fb(in := ..., ...);`、字段读 `fb.Q`。
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**表达式**：字面量（`TRUE`/`FALSE`、整数、`T#10ms` 式 TIME）、`NOT`、`AND`/`OR`（**短路**）、比较 `= <> < <= > >=`（不连锁）、算术 `+ - * /`、一元负号、函数调用 `Add(3, 4)`。
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**表达式**：字面量（`TRUE`/`FALSE`、整数、`T#10ms` 式 TIME、`R#`/`D#`/`TOD#`/`DT#` 浮点与日期）、`NOT`、`AND`/`OR`（**短路**）、比较 `= <> < <= > >=`（不连锁）、算术 `+ - * /`、一元负号、函数调用 `Add(3, 4)`。
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**函数**：结果 = 函数名赋值（`Add := a + b;`）；返回类型 `FUNCTION Add : INT`；调用约定：结果 r0、参数 r1..r7（最多 7 个输入，函数内只读）、变量与临时从 r8 起（见 `Doc/compiler/寄存器码.md`）。
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**限制（v1 明确不做）**：指针 / `REF` / `CLASS` / `ANY` / `VAR_IN_OUT`（语法层直接拒绝）、链式比较、FB 字段赋值、`REAL`、字符串、用户类型套娃、隐式类型转换、函数循环调用（链接层拒绝）、`FUNCTION` 写全局（类型检查层拒绝，含经 `VAR_EXTERNAL`）。
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**限制（v1 明确不做）**：指针 / `REF` / `CLASS` / `ANY` / `VAR_IN_OUT`（语法层直接拒绝）、链式比较、FB 字段赋值、字符串、用户类型套娃、**隐式类型转换**（类型检查层拒绝，字面量按目标类型适配）、函数循环调用（链接层拒绝）、`FUNCTION` 写全局（类型检查层拒绝，含经 `VAR_EXTERNAL`）。
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## 编译管线与错误类别
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@@ -149,10 +159,10 @@ project.toml + .st
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- `examples/line1/`：最小闭环（MAIN + MotorStarter FB + I/O + 全局），给人看
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- `tests/cases/01~20/`：20 个用例（每份 `project.toml` + `.st` + `EXPECTED.md`），编译结果按表
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- `tests/`：CTest（`compiler_toml` / `lexer_tokens` / `parser_syntax` / `linker_links` / `typecheck_types` / `codegen_slice1` / `machine_config` / `vm_cycles` / `cases_all` / `cli_*`）
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- `tests/`：CTest 14 项（`compiler_toml` / `lexer_tokens` / `parser_syntax` / `linker_links` / `typecheck_types` / `codegen_slice1` / `isa_roundtrip` / `machine_config` / `vm_test` / `vm_cycles` / `cases_all` / `cli_*`）
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## 当前状态
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- ✅ 可编译：14 个正例用例全部产出 `.stb`（含型号标识 + SHA-256）；6 个负例按期望拒绝
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- ✅ 执行：`BytecodeExecutor` 加载 `.stb` 跑扫描周期（型号/SHA 校验、回放、单步）
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- ✅ 可编译：14 个正例用例全部产出 `.stb`（V2 头 128B + 型号标识 + SHA-256）；6 个负例按期望拒绝
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- ✅ 执行：`BytecodeExecutor` 加载 `.stb` 跑扫描周期（型号/SHA 校验、回放、单步），V2 槽表两级采样
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- ✅ 配置驱动：指令 opcode / 类型元数据 / FB 布局来自 `compiler/machine.toml`（`--machine`）
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+41
-48
@@ -1,33 +1,33 @@
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# 寄存器码（12.8）
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# 寄存器码（V2）
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compiler 模块的代码生成。输入：`Project` + `Unit`（AST）+ `LinkResult`；输出：`.stb` 映像字节（`std::vector<uint8_t>`）。全工程定案见 [`初步计划.md`](../初步计划.md) 12.8，指令/映像布局见 [`指令与映像.md`](../isa/指令与映像.md)。
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compiler 模块的代码生成。输入：`Project` + `Unit`（AST）+ `LinkResult`；输出：`.stb` 映像字节（`std::vector<uint8_t>`）。全工程定案见 [`初步计划.md`](../初步计划.md) 12.8，指令/映像布局见 [`指令与映像.md`](../isa/指令与映像.md)，槽表/值段格式见 [`stb文件格式.md`](../isa/stb文件格式.md)。
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## 做 / 不做
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**做**
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- 寄存器分配：局部/变量固定寄存器，表达式临时值往后编号，`nregs` 写进函数头
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- 跳转先留洞、后回填；`AND` / `OR` **必须编成跳转**（短路），禁止两边都算
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- 常量表（`LOADK`）、全局/实例槽（`LOAD_GLOBAL` / `STORE_GLOBAL` 等）
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- `CALL fn_id` 有界帧；用户 FB 调用**内联展开**；内建 `CAL_TON` / `CAL_TOF` / `CAL_CTU`
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- 拼装映像：函数表 / 常量表 / 数据段 / 头（`cycle_limit`、`dt_ms`、工程哈希、入口）
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- 跳转先留洞、后回填（字节单位，相对下一条）；`AND` / `OR` **必须编成跳转**（短路），禁止两边都算
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- 常量表（`LOADK`，8B 原始值无 tag，按 func 解释）、全局/实例槽（`LOAD` / `STORE` / `LOAD_OFF` / `STORE_OFF`）
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- `CALL fn_id` 有界帧；用户 FB 调用**内联展开**；内建 `CAL fb_id, 实例槽`
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- 拼装映像：V2 头 128B / 函数表 / 常量表 / 字节码 / 槽表 / 值段 + SHA-256 尾部
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- `max_stack`：MAIN + FUNCTION 调用图 DAG 最坏路径 Σ(12 + nregs×8)；递归 = 编译期报错
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**不做（第一版）**
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- 图染色、SSA、生命周期分析、优化、异常表、闭包
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- 函数指针、间接跳转、`REAL`
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- 函数指针、间接跳转、动态实例
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## 存储布局（v1 定案）
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## 存储布局（V2 定案）
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| 数据 | 放哪 | 说明 |
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|---|---|---|
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| PROGRAM / FUNCTION 标量变量与临时 | **寄存器**（函数帧） | 每周期帧保留由 VM 负责（12.9） |
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| FB 实例（任意 POU 内声明） | **数据区实例块**（绝对地址） | 状态跨周期持久 |
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| 全局（含 I/Q/M） | 数据区（声明序） | 12.6 已定槽号 |
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| 全局（含 I/Q/M）与 FB 实例 | **值区**（紧凑变宽，1/2/4/8 对齐） | 槽表条目（8B：addr:u32 + 预留）指到值区偏移；状态跨周期持久 |
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- **数据区** = 全局块（声明序，**每槽 8 字节定宽**，见 [`指令与映像.md`](../isa/指令与映像.md)）→ FB 实例块（按实例声明序，每字段一槽）
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- **指令 slot = 槽号**（u16，0..65535）；数据偏移 = 槽号 × 8；符号表 `address` 即指令 slot，无映射
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- 字段访问 `fb.Q`：`LOAD_GLOBAL rd, <实例基槽+字段序号>`（编译期算死）；I/Q/M 用 `LOAD_I` / `STORE_Q` / `LOAD_M` / `STORE_M` 同槽号
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- **槽表两级**：指令操作数 = **槽号**（u32）→ 槽表条目 → 值区字节偏移；`slot_addr(slot)` 由 VM/Image 提供
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- 全局按 GVL 声明序编槽；**FB 实例 = 1 个槽表条目**，字段在实例基址上按偏移访问（字段偏移编译期按 1/2/4/8 对齐计算，字段类型 = machine.toml `[[fb]]` 表）
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- 字段访问 `fb.Q`：`LOAD_OFF rd, <实例槽>, <偏移>` / `STORE_OFF <实例槽>, <偏移>, rs`（16B SLOT+off 指令）；I/Q/M 同普通槽（`LOAD` / `STORE`）
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- 函数帧寄存器：`FUNCTION` 结果固定 **r0**，`VAR_INPUT` 从 r1 起按声明序，`VAR` 续后；PROGRAM / FB 变量从 r0 起按声明序
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### 调用约定（v1 冻结，VM 12.9 按此实现）
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@@ -37,7 +37,7 @@ compiler 模块的代码生成。输入：`Project` + `Unit`（AST）+ `LinkResu
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| 结果寄存器 | **r0**（FUNCTION 结果写入处） |
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| 参数寄存器 | **r1..r7**（最多 7 个输入，按声明序） |
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| 变量 / 临时 | **全部从 r8 起**（调用约定区不受覆盖） |
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| `CALL` | VM 复制当前帧 **r0..r7 → 新帧 r0..r7** |
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| `CALL` | VM 复制当前帧 **r0..r7 → 新帧 r0..r7**（全宽） |
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| `RET` | VM 复制当前帧 **r0..r7 → 调用方帧 r0..r7**（r0=结果，r1..r7 原样返回） |
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| 函数输入 | 函数体内**只读**（写输入 → codegen error） |
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@@ -53,9 +53,9 @@ compiler 模块的代码生成。输入：`Project` + `Unit`（AST）+ `LinkResu
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## 表达式与语句的指令模式
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```text
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字面量 LOADK rd, const_id
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变量读 LOAD_GLOBAL/LOAD_I/LOAD_M rd, slot （或帧内 MOVE）
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字段读 LOAD_GLOBAL rd, <基址+偏移>
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字面量 LOADK rd, const_id （func = 语言类型；REAL/LREAL 位模式按目标类型装载）
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变量读 LOAD rd, slot （帧内直接 MOVE）
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字段读 LOAD_OFF rd, <实例槽>, <偏移>
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函数调用 <实参求值 → 参数寄存器> CALL fn_id MOVE rd, r0
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NOT <operand → t> NOT rd, t
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@@ -65,7 +65,7 @@ AND/OR 短路（必须跳转）：
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L_end:
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比较 <l→t1> <r→t2> CMP_xx rd, t1, t2
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算术 <l→t1> <r→t2> ADD/SUB/MUL/DIV rd, t1, t2
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负号 <operand → t> SUB rd, r0, t （0 - t，r0 恒 0）
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负号 <operand → t> NEG rd, t
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IF <cond → t> JF t, L_else
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<then body> JMP L_end
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@@ -74,13 +74,13 @@ IF <cond → t> JF t, L_else
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WHILE L_loop: <cond → t> JF t, L_end <body> JMP L_loop L_end:
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FB 调用（用户，内联展开）：
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<每个实参求值 → 临时> STORE_GLOBAL <实例基址+字段偏移>, 临时
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<内联体：读输入字段、算输出、写输出字段>
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内建 实参同左 → CAL_TON/CAL_TOF/CAL_CTU <实例偏移>
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<每个实参求值 → 临时> STORE_OFF <实例槽>, <字段偏移>, 临时
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<内联体：LOAD_OFF 读输入字段、算输出、STORE_OFF 写输出字段>
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内建 实参同左 → CAL <fb_id>, <实例槽>
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```
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- 常量统一进常量表（BOOL / INT / TIME），`const_id` = 首次出现序
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- 空条件寄存器约定：`r0` 恒 0（`enc_jmp` 用），`SUB rd, r0, t` 实现取负
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- 常量统一进常量表（8B 原始值，位模式去重；BOOL / 整数 / 时间 / 浮点 / 日期），`const_id` = 首次出现序；`LOADK` 按 func 解释位模式
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- 指令 func 位段 = 语言类型对应（`func_of_name`：宽度 × 符号 + F32/F64）
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## 用户 FB 调用内联（v1 定案）
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@@ -90,17 +90,23 @@ FB 体共享会与「绝对字段地址」冲突（不同实例基址不同）
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- 代价：字节码随调用点数膨胀；v1 规模可接受；以后可升级为「基址寄存器寻址」指令
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- FB 无递归、无动态实例，内联安全
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## 映像拼装
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## 映像拼装（V2）
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```text
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头 128B：magic / version=2 / model=STATOR2 / cycle_limit / dt_ms / 工程哈希 /
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entry_fn_id / n_globals / n_consts / n_funcs / 各段偏移 /
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n_slots / values_size / meta / max_stack
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函数表：收集序 fn_id → { nregs, code_offset(相对字节码段), code_len }
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常量表：const_id → { tag, value }
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数据段：全局 + 实例块（见上）
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头：cycle_limit / dt_ms / 工程哈希（12.3）/ entry=MAIN fn_id / n_globals / n_i=n_q=n_m=0
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常量表：const_id → { value:u64 }（无 tag）
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字节码：各函数指令连续
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槽表：每条目 8B（addr:u32 + 预留:u32）
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值段：全局 + FB 实例紧凑变宽
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尾部：SHA-256（覆盖头部到值段末尾）
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```
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- 用 `isa` 的 `enc_*` 编码指令、`ImageView` 校验回读
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- 工程哈希用 12.3 的 `compute_project_hash`
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- 用 `isa` 的 `enc_*` 编码指令（变长 4/8/16/32B，前缀分区）
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- 工程哈希用 12.3 的 `compute_project_hash`（FNV-1a 64）
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- `--dump-map` 可打印变量/槽映射（对照源码 ↔ 反汇编）
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## 错误
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@@ -109,27 +115,14 @@ FB 体共享会与「绝对字段地址」冲突（不同实例基址不同）
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```text
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codegen error: register overflow (>256) in function 'f'
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codegen error: constant table overflow
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codegen error: slot out of range
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codegen error: no storage for 'x'
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codegen error: no instance 't' in 'MAIN'
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codegen error: recursive CALL/FB nesting too deep
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```
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## 完成标准
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1. `line1` 能写出映像（函数字节码 + 全局/FB 槽 + 工程哈希），`ImageView` 校验通过
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2. 跳转回填无悬空（disasm 抽查）
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1. `line1` 能写出映像（函数字节码 + 槽表/值段 + 工程哈希 + SHA-256），`StbView` 校验通过
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2. 跳转回填无悬空（`--disasm` 抽查）
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3. 用例 1～9、13、15、17、18、20 编译出映像；负例（10/11/12/14/16/19）仍在前层被拒
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4. 全部构建 + `ctest` 无回归
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## 执行计划（8 片，每片验证编译产物）
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1. **`Codegen.h`（新建）+ `Codegen.cpp` 骨架**：帧/槽/常量表/指令缓冲/回填基础设施；`MOVE` `LOADK` `RET` → 用例 1、2 出映像
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2. **全局与 I/Q/M**：`LOAD_I` / `STORE_Q` / `LOAD_M` / `STORE_M` / `LOAD_GLOBAL` / `STORE_GLOBAL`（用例 9）
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3. **`NOT` + 短路 `AND` / `OR`**（用例 3，断言产物含跳转）
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4. **`CMP_*` + `JMP` / `JT` / `JF` → `IF`**（用例 4）
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5. **`WHILE`**（用例 5；`cycle_limit` 进映像头）
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6. **`ADD/SUB/MUL/DIV` + TIME 常量**（用例 7、8）
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7. **`CALL fn_id` + 有界帧**（用例 13）
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8. **FB 实例块 + 字段偏移；内联用户 FB；`CAL_TON` / `CAL_TOF` / `CAL_CTU`**（用例 15、17、18、20 line1 全链路）
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每片配 `codegen_test` 断言（nregs / 指令序列 disasm / 回填 / 常量表 / 数据区）；最终 `ctest` 9/9。
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4. 全部构建 + `ctest` 无回归（14/14）
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+25
-17
@@ -12,18 +12,19 @@ compiler 模块的符号收集与链接。输入：`Project`（toml）+ 各 `.st
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- `FUNCTION` 标无状态；`FUNCTION_BLOCK` 必须先有实例才能调用
|
||||
- `CALL` 目标解析成 `fn_id`（立即数），无函数指针
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||||
- 校验：同名全局、未声明 `io.var`、重复 POU 名、未声明 FB 实例、函数循环调用 → 失败
|
||||
- FB 实例布局：按类型算字段清单（输入/输出/内部/内建 8 个 FB 固定字段（12.11 扩充））
|
||||
- FB 实例布局：按类型算字段清单（输入/输出/内部；内建 FB 15 条字段来自 machine.toml `[[fb]]` 表，编译期按 1/2/4/8 对齐计算偏移）
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||||
|
||||
**不做（第一版）**
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||||
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||||
- 寄存器分配（12.8）、类型检查（12.7）
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||||
- 多 GVL 文件、I/Q/M 与全局分槽（v1 **单一数据区**，见下）
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||||
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## 数据区定址（v1 定案）
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||||
## 数据区定址（V2 定案）
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||||
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||||
- **单一数据区**：全部全局（含 I/Q/M）按 `globals.st` 声明顺序编槽号 0..n-1
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||||
- 映像头 `n_globals` = 声明总数；`n_i` / `n_q` / `n_m` = 0（第一版不拆，见 [`初步计划.md`](../初步计划.md) 5.1）
|
||||
- `LOAD_I` / `STORE_Q` / `LOAD_GLOBAL` / `STORE_GLOBAL` 操作码不同，槽号指向同一数据区
|
||||
- **槽表两级**：全部全局（含 I/Q/M）与 FB 实例统一编槽号（0..n-1）；槽表条目（8B：addr:u32 + 预留）指向**值区**字节偏移；值区按变量类型紧凑变宽（1/2/4/8 对齐）
|
||||
- 全局按 `globals.st` 声明顺序编槽；**FB 实例 = 1 个槽表条目**，字段走 `LOAD_OFF` / `STORE_OFF` 实例槽 + 编译期算死的字段偏移
|
||||
- 映像头 `n_globals` = 全局声明总数；`n_i` / `n_q` / `n_m` = 0（第一版不拆，见 [`初步计划.md`](../初步计划.md) 5.1）
|
||||
- 访问统一 `LOAD` / `STORE`（+ `LOAD_OFF` / `STORE_OFF`），无 I/Q/M 专用操作码
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||||
- io 绑定（toml）只负责 channel/bit → 槽号映射（sidecar），不创造变量
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||||
## 符号表一行
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@@ -70,20 +71,27 @@ struct Symbol {
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## FB 实例布局
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||||
- 用户 FB：字段 = 全部 `VAR_INPUT` + `VAR_OUTPUT` + `VAR`（内部），按声明段序排
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||||
- 内建（冻结，isa 规格；12.11 扩为 8 个）：
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||||
- 内建 FB 15 条（`compiler/machine.toml` `[[fb]]` 表驱动，fb_id 0..14）：
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||||
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||||
| FB | 字段（名 → 类型） |
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||||
|---|---|
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||||
| TON | in BOOL, pt TIME, q BOOL, et TIME |
|
||||
| TOF | in BOOL, pt TIME, q BOOL, et TIME |
|
||||
| TP | in BOOL, pt TIME, q BOOL, et TIME |
|
||||
| CTU | cu BOOL, r BOOL, pv INT, q BOOL, cv INT |
|
||||
| CTD | cd BOOL, ld BOOL, pv INT, q BOOL, cv INT |
|
||||
| CTUD | cu BOOL, cd BOOL, r BOOL, lu BOOL, pv INT, qu BOOL, qd BOOL, cv INT |
|
||||
| R_TRIG | clk BOOL, q BOOL |
|
||||
| F_TRIG | clk BOOL, q BOOL |
|
||||
| fb_id | FB | 字段（名 → 类型） |
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||||
|---|---|---|
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||||
| 0 | TON | in BOOL, pt TIME, q BOOL, et TIME |
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||||
| 1 | TOF | 同 TON |
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||||
| 2 | TP | 同 TON |
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||||
| 3 | CTU | cu BOOL, r BOOL, pv INT, q BOOL, cv INT |
|
||||
| 4 | DCTU | cu BOOL, r BOOL, pv DINT, q BOOL, cv DINT |
|
||||
| 5 | CTD | cd BOOL, ld BOOL, pv INT, q BOOL, cv INT |
|
||||
| 6 | DCTD | cd BOOL, ld BOOL, pv DINT, q BOOL, cv DINT |
|
||||
| 7 | CTUD | cu BOOL, cd BOOL, r BOOL, lu BOOL, pv INT, qu BOOL, qd BOOL, cv INT |
|
||||
| 8 | DCTUD | cu BOOL, cd BOOL, r BOOL, lu BOOL, pv DINT, qu BOOL, qd BOOL, cv DINT |
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||||
| 9 | R_TRIG | clk BOOL, q BOOL |
|
||||
| 10 | F_TRIG | clk BOOL, q BOOL |
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||||
| 11 | SR | S1 BOOL, R BOOL, Q1 BOOL |
|
||||
| 12 | RS | SET BOOL, RESET1 BOOL, Q1 BOOL |
|
||||
| 13 | PWM | in BOOL, pt TIME, duty REAL, q BOOL, et TIME |
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||||
| 14 | RTC | enable BOOL, date DATE, tod TOD |
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||||
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||||
- 实例布局 = 类型字段表的一份拷贝；字段偏移 = 字段序号 × 8（8 字节定宽槽）
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||||
- 实例布局 = 类型字段表的一份拷贝；字段偏移编译期按 1/2/4/8 对齐计算（字段类型决定宽度），实例 = 槽表 1 条
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||||
## 错误
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@@ -22,10 +22,10 @@ BytecodeExecutor <name>.stb [--cycles N] [--replay <file>] [--step]
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## 职责
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||||
- 加载 `.stb` 映像与 `<name>.runtime.toml` sidecar（I/O 绑定 var → 槽号 → channel/bit）
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||||
- 加载 `.stb` 映像与 `<name>.runtime.toml` sidecar（I/O 绑定 var → 槽号 → channel/bit；V2 槽号为槽表条目下标）
|
||||
- 读取时**校验型号标识与 SHA-256**：型号不匹配 / 文件被篡改 → 直接报错拒绝（执行器只接受与自身内建型号一致的映像）
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||||
- 按 sidecar 采样 I、写回 Q（不创造变量）
|
||||
- `dt_ms` / `cycle_limit` 从映像头取，推进内置 FB（TON/TOF/TP/CTU/CTD/CTUD/R_TRIG/F_TRIG）
|
||||
- 按 sidecar 采样 I、写回 Q（不创造变量；V2 槽表两级：绑定 var → 槽号 → `slot_addr` → 值区）
|
||||
- `dt_ms` / `cycle_limit` 从映像头取，推进内置 FB（15 条：TON/TOF/TP/CTU/DCTU/CTD/DCTD/CTUD/DCTUD/R_TRIG/F_TRIG/SR/RS/PWM/RTC）
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||||
- 单步、看寄存器和映像、按录制的 `I` 回放
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||||
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||||
## 边界
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+33
-85
@@ -1,24 +1,24 @@
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# 扫描周期
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||||
vm 模块：寄存器虚拟机。CMake 目标：`vm`（`STATIC`），只依赖 [`指令与映像.md`](../isa/指令与映像.md)。
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||||
vm 模块：寄存器虚拟机（V2：变长指令 / 槽表两级 / 栈方案 C）。CMake 目标：`vm`（`STATIC`），只依赖 [`指令与映像.md`](../isa/指令与映像.md)。
|
||||
|
||||
运行时是 **一台 VM、一个入口、一份映像**。不链接 `compiler`。扫描周期与确定性见 [`初步计划.md`](../初步计划.md) 第 2、8 节。
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||||
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||||
## 扫描周期
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||||
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||||
```text
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||||
1. 按 sidecar 的 io 绑定，采样 → I / 输入全局
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||||
1. 按 sidecar 的 io 绑定，采样 → I / 输入全局（executor 写值区槽）
|
||||
2. 从 PROGRAM MAIN 的 pc=0 执行到 RET
|
||||
3. 写回 Q / 输出全局
|
||||
4. 用本周期 Δt 推进内置 FB（不用 wall clock）
|
||||
3. 写回 Q / 输出全局（executor 读值区槽）
|
||||
4. 用本周期 Δt（映像头 dt_ms）推进内置 FB（不用 wall clock）；RTC 用累计周期数
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```
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||||
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## 边界
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||||
- 只认 `.stb` 映像（`vm` 自带读实现）；读取时**型号标识匹配 + SHA-256 校验**，不符/篡改 → 拒绝
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||||
- 类型与溢出按 [`指令与映像.md`](../isa/指令与映像.md)（`INT` 饱和）；指令定义归 `isa`
|
||||
- 局部 / `VAR` = 固定寄存器；`nregs` 在函数头
|
||||
- `CALL` 目标是立即数 `fn_id`，有界调用栈
|
||||
- 只认 `.stb` 映像（`vm` 自带读实现）；读取时**型号标识匹配（STATOR2）+ SHA-256 校验**，不符/篡改 → 拒绝
|
||||
- 类型与溢出按 [`指令与映像.md`](../isa/指令与映像.md)（整数饱和 / 除法 A / 浮点 IEEE）；指令定义归 `isa`
|
||||
- 局部 / `VAR` = 固定寄存器；`nregs` 在函数头；栈区预分配（`max_stack`，编译期 DAG 最坏路径）
|
||||
- `CALL` 目标是立即数 `fn_id`，有界调用栈（深度 64 双检查）
|
||||
- 无 GC、无堆、无线程；每周期受 `cycle_limit` 限制
|
||||
- I/O 从哪来、Δt 谁给、回放怎么喂，属于 `BytecodeExecutor`（读 `.stb` + sidecar）
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||||
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||||
@@ -32,19 +32,21 @@ TUI 是执行器（`BytecodeExecutor`）的界面，用途是方便观察 VM 运
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||||
- **只读轮询**：TUI 通过快照轮询，绝不写 VM 状态；"继续 / 单步"是 executor 侧命令，不改变确定性。
|
||||
- **快照 POD 化**：快照保持简单数据（将来跨进程 TUI 可序列化）。
|
||||
|
||||
建议的 API 形态（12.9 实现时冻结签名，本节只定方向）：
|
||||
已落地的观察面（`Machine` 公共接口）：
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||||
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||||
```cpp
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||||
struct Snapshot {
|
||||
uint32_t pc; // 当前指令下标（相对函数字节码段）
|
||||
uint32_t fn_id; // 当前函数
|
||||
uint32_t cycle_count; // 本周期已执行指令数
|
||||
uint32_t call_depth; // 调用栈深度
|
||||
// 寄存器 / I / Q / M / 全局 / FB 字段 的只读视图
|
||||
};
|
||||
|
||||
bool step(); // 精确执行一条指令，停在指令边界
|
||||
const Snapshot& snapshot() const;
|
||||
bool step(); // 精确执行一条指令，停在指令边界
|
||||
Fault fault() const; // 最近一次故障
|
||||
bool ended() const; // 周期是否已结束
|
||||
uint32_t pc() const; // 当前 pc（字节，相对本帧函数）
|
||||
uint32_t fn_id() const; // 当前函数
|
||||
uint32_t cycle_count() const; // 本周期已执行指令数
|
||||
uint32_t call_depth() const; // 调用栈深度
|
||||
uint8_t* data(); // 值区（I 采样 / Q 读回由外部做）
|
||||
uint32_t slot_addr(uint32_t slot) const; // 槽 → 值区偏移（槽表两级）
|
||||
int64_t reg(uint8_t i) const; // 当前帧寄存器
|
||||
const uint8_t* cur_instr_bytes() const; // 当前指令首字节（单步反汇编用）
|
||||
uint32_t cur_instr_len() const; // 当前指令长度（变长）
|
||||
```
|
||||
|
||||
- 寄存器 ≤256、映像很小，快照拷贝成本可忽略。
|
||||
@@ -52,71 +54,17 @@ const Snapshot& snapshot() const;
|
||||
|
||||
---
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||||
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||||
## 12.9 执行计划
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||||
## V2 落地状态
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||||
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||||
| 项 | 状态 |
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||||
|---|---|
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||||
| 变长取指（4/8/16/32B，前缀分区）+ 字节 pc | ✅ `Machine.cpp` exec_one |
|
||||
| 槽表两级（slot → addr → 值区变宽紧凑）+ LOAD_OFF/STORE_OFF | ✅ |
|
||||
| 栈方案 C（预分配 max_stack、帧头 12B、r0..r7 复制、深度 64 双检查） | ✅ do_call/do_ret |
|
||||
| 19 类型 func 驱动（整数饱和 / 无符号 / F32 / F64 IEEE） | ✅ exec_arith/exec_cmp |
|
||||
| CAL 15 条（TON/TOF/TP/CTU/DCTU/CTD/DCTD/CTUD/DCTUD/R_TRIG/F_TRIG/SR/RS/PWM/RTC） | ✅ do_cal |
|
||||
| 故障（None/CycleLimit/StackOverflow/BadOp/BadSlot/BadConst） | ✅ |
|
||||
| 边沿缓冲 edge_prev_（每槽 2 字节，跨周期） | ✅ |
|
||||
| 确定性：同一 I 序列跑两遍，数据区完全一致 | ✅ vm_test |
|
||||
|
||||
指令执行语义（帧/调用栈、指令表、定时器、故障、line1 推演）见 [`指令执行.md`](指令执行.md)。
|
||||
|
||||
### 步骤 0：数据段改 8 字节定宽槽（方案 a，前置）
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||||
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||||
VM 需要无歧义地访问数据区，当前变宽布局（BOOL 1B / INT 2B / TIME 8B 对齐）无法从槽号推断宽度。定案：**每槽 8 字节定宽**，指令 slot 语义 = **槽号**（数据偏移 = slot × 8）。
|
||||
|
||||
- 文档修订：`Doc/isa/指令与映像.md`（数据段规则 + slot 语义）、`Doc/compiler/寄存器码.md`（存储布局，`global_offset` 映射取消）、`Doc/isa/stb文件格式.md`（line1 数据段 16B → 56B）
|
||||
- `Codegen.cpp` 简化：`width_of`/`align_up` 删除、`layout_data`/`layout_fb_instances` 按槽号布局、指令 slot = 符号表槽号
|
||||
- `codegen_test` 断言更新（slot 从字节偏移变槽号、数据区字节数变化）
|
||||
|
||||
### 步骤 1：`Machine.h`（已落地 `vm/include/vm/Machine.h`）
|
||||
|
||||
```cpp
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||||
namespace vm {
|
||||
enum class Fault { None, CycleLimit, StackOverflow, BadOp, BadSlot, BadConst };
|
||||
|
||||
class Machine {
|
||||
public:
|
||||
static bool create(const std::vector<uint8_t>& image, Machine* out, std::string* err);
|
||||
Fault run_cycle(); // MAIN pc=0 → RET（MAIN 帧跨周期保留）
|
||||
// 可观察性（v1 预留，见上节）：
|
||||
bool step(); // 执行一条指令，停在指令边界
|
||||
uint32_t pc() / fn_id() / cycle_count() / call_depth();
|
||||
uint8_t* data(); // 数据区（I 采样 / Q 读回由外部做）
|
||||
int64_t reg(uint8_t i); // 当前帧寄存器
|
||||
};
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
- `Fault` 枚举 + 帧结构 `{ fn_id, regs[nregs], ret_pc, ret_fn_id }`；调用栈深度上限 64
|
||||
- 只依赖 `isa`（指令定义）+ 自带 `vm::Image`（.stb 读）
|
||||
|
||||
### 步骤 2：`Machine.cpp` 译码 switch（已落地）
|
||||
|
||||
- 取指：函数表 → `code_offset`（字节）→ 读 u32 → 拆 `op/rd/a/b`
|
||||
- 标量：`MOVE` / `LOADK`（常量表 tag 定值表示）/ `NOT` / `AND` / `OR`（布尔）/ `ADD/SUB/MUL/DIV`（`sat_*`）/ `CMP_xx`（全宽比较）
|
||||
- 跳转：`JMP` / `JT` / `JF`（`pc += off`，相对下一条语义）
|
||||
- 数据区：`LOAD_I/LOAD_M/LOAD_GLOBAL`、`STORE_Q/STORE_M/STORE_GLOBAL`（同一实现，slot × 8）
|
||||
|
||||
### 步骤 3：CALL / RET 帧栈 + 故障（已落地）
|
||||
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||||
- `CALL fn_id`：压新帧（复制 r0..r7）→ pc=0；`RET`：复制 r0..r7 回调用方 → 弹栈（MAIN 的 RET = 周期结束）
|
||||
- `cycle_limit` 超限（用例 6）、栈深 > 64、`BadOp` / `BadSlot` / `BadConst` → 周期中止返回故障
|
||||
|
||||
### 步骤 4：定时器与边沿（已落地）
|
||||
|
||||
- 执行时用映像 `dt_ms` 推进（每周期一次调用 = 推进一次），不读系统时钟
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||||
- TON：in 真 → et += dt（到 pt 停）、q = et ≥ pt；in 假 → et = 0
|
||||
- TOF：in 真 → q=1、et=0；掉电 → et += dt、et ≥ pt → q=0
|
||||
- CTU：cu 上升沿（**上次 cu 存 VM 侧 vector**，按实例基槽索引）→ cv+1；r → 复位；q = cv ≥ pv
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||||
|
||||
### 步骤 5：可观察性基础（已落地）
|
||||
|
||||
- `step()` / `pc` / `fn_id` / `cycle_count` / `call_depth` / `reg` 落基础实现；`snapshot()` 留 12.11 补全
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||||
|
||||
### 步骤 6：`vm_test`（已落地）
|
||||
|
||||
- 手工拼小映像（`isa` 编码函数）：赋值、跳转、CALL/RET 帧复制、cycle_limit
|
||||
- 编译器产物全链路：用例 01/02/04/05/07/09/13/15/17/18/20 跑周期断言寄存器与数据区
|
||||
- 用例 06：`cycle_limit` 打满 → `CycleLimit` 故障
|
||||
- TON：dt=10、pt=30 → 第 3 周期 q=1；CTU：上升沿计数
|
||||
- **确定性**：同一 I 序列跑两遍，数据区完全一致
|
||||
|
||||
### 步骤 7：验证 + 提交（已落地，ctest 14/14）
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||||
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||||
- `cmake --build` + `ctest`（新增 `vm_cycles` 后 10/10 全绿）；20 用例扫描：14 正例执行通过
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||||
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||||
+109
-101
@@ -1,128 +1,136 @@
|
||||
# 指令执行流程（12.9）
|
||||
# 指令执行流程（V2）
|
||||
|
||||
`vm` 模块的指令执行语义：取指、译码、执行、故障。规范以 [`指令与映像.md`](../isa/指令与映像.md) 为准，本文描述**执行器怎么跑一条指令**。执行模型见 [`初步计划.md`](../初步计划.md) 第 2 节。
|
||||
|
||||
## 执行模型
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||||
|
||||
```text
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||||
加载（Machine::create）：解析 .stb（vm 自读实现）→ 型号匹配（内建 STATOR1）→ SHA-256 校验
|
||||
加载（Machine::create）：解析 .stb（vm 自读实现）→ 型号匹配（内建 STATOR2）→ SHA-256 校验
|
||||
任一不符 → 直接拒绝（不创建机器）
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||||
值区（data_）取映像值段的写副本（周期内 FB 字段/全局可变）
|
||||
边沿缓冲 edge_prev_（每槽 2 字节，跨周期保留）
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||||
栈区预分配 max_stack 字节（栈方案 C，编译期算出）
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||||
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||||
每个扫描周期（run_cycle）：
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||||
1. pc = 0，从入口函数（MAIN）开始逐条执行
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||||
1. cycle_count = 0；pc = 0，从入口函数（MAIN）逐条执行
|
||||
2. 执行到 MAIN 的 RET → 周期结束
|
||||
3. （I 采样 / Q 写回由 executor 按 sidecar 做，VM 只管数据区）
|
||||
4. 定时器在 CAL_* 指令执行时用映像 dt_ms 推进
|
||||
3. 周期末清调用栈（保留栈底 MAIN 帧，sp 回退到 MAIN 帧顶）
|
||||
4. （I 采样 / Q 写回由 executor 按 sidecar 做，VM 只管值区）
|
||||
5. 定时器在 CAL 指令执行时用映像 dt_ms 推进；RTC 用累计周期数 × dt_ms
|
||||
```
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||||
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||||
- **pc**：当前指令在函数字节码段内的下标（指令条数单位，从 0 起）
|
||||
- **取指**：函数表 `func_row(fn_id)` → `code_offset`（字节）→ `code_bytes[code_offset/4 + pc]` 读 u32（小端）
|
||||
- **译码**：拆 `op / rd / a / b` 四字段，`a|b` 按操作码解释为寄存器对、槽号（u16）、或跳转偏移（int16）
|
||||
- **pc**：当前指令在函数字节码段内的**字节**下标（从 0 起）
|
||||
- **取指**：函数表 `func_row(fn_id)` → `code_offset` + `code_len`（字节）→ pc 越界 → `BadOp`；`instr_len` 按前缀定长（4/8/16/32B）搬字节
|
||||
- **译码**：前缀分区 + `[func:4|空:4]` 字节1；`op` 按前缀分区查名；寄存器越界按 `uses_*` 直推（RRR/CC/RR 等）→ `BadOp`
|
||||
- **周期计数**：每条指令执行后 `cycle_count++`；超过映像头 `cycle_limit` → `CycleLimit`（周期中止）
|
||||
- **pc 先指向下一条（字节）**；跳转指令再 `pc += off`（off 相对下一条，与编译端 patch_jump 一致）
|
||||
|
||||
## 帧与调用栈
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||||
## 帧与调用栈（栈方案 C）
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||||
|
||||
```cpp
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||||
struct Frame {
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||||
uint32_t fn_id; // 当前函数
|
||||
std::vector<int64_t> regs; // 寄存器文件，大小 = 函数头 nregs
|
||||
uint32_t ret_pc; // CALL 后应恢复的 pc（仅非 MAIN 帧有意义）
|
||||
uint32_t ret_fn_id; // 返回目标函数（调用方）
|
||||
};
|
||||
// 栈区（stack_，预分配 max_stack 字节）：
|
||||
// [MAIN 帧][帧2][帧3]... 从低地址起连续压栈
|
||||
// 每帧 = 12B 帧头 + nregs×8 寄存器文件
|
||||
// 帧头：hdr[0]=fn_id hdr[1]=ret_pc（字节） hdr[2]=ret_fn_id
|
||||
```
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||||
|
||||
- 调用栈 `std::vector<Frame>`，**深度上限 64**；超限 → `StackOverflow` 故障
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||||
- 调用栈深度**上限 64**（`frames_.size() >= 64` 时 CALL → `StackOverflow`）；同时 `sp_ + 帧大小 > max_stack` → `StackOverflow`（双检查）
|
||||
- **MAIN 帧跨周期保留**（PROGRAM 变量状态持久）；周期结束只清调用栈（保留栈底 MAIN 帧）
|
||||
- 帧寄存器初值 0
|
||||
|
||||
### CALL / RET（调用约定，冻结于 12.8）
|
||||
### CALL / RET（调用约定）
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||||
|
||||
```text
|
||||
CALL fn_id:
|
||||
1. 新帧：regs 大小 = callee 的 nregs，全部 0
|
||||
2. 复制当前帧 r0..r7 → 新帧 r0..r7（实参已在调用点 MOVE 进 r1..r7）
|
||||
3. 新帧 ret_pc = 当前 pc + 1（CALL 的下一条）、ret_fn_id = 当前函数
|
||||
2. 复制当前帧 r0..r7 → 新帧 r0..r7（实参已在调用点 MOVE 进 r1..r7）——全宽复制
|
||||
3. 新帧 ret_pc = 当前 pc（已指向 CALL 下一条，字节）、ret_fn_id = 当前函数
|
||||
4. 压栈，pc = 0，fn_id = callee
|
||||
|
||||
RET:
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||||
1. 若当前是 MAIN（栈深 0）→ 周期结束
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1. 若当前是 MAIN（栈深 1）→ 周期结束（ended_ = true）
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2. 否则：复制当前帧 r0..r7 → 调用方帧 r0..r7（r0 = 结果，r1..r7 原样返回）
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3. 弹栈，pc = ret_pc，fn_id = ret_fn_id
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```
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## 值表示（寄存器 / 槽统一约定）
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## 值表示（func 位段驱动）
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| 类型 | 表示 | 说明 |
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|---|---|---|
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| BOOL | `0` / `1` | 逻辑指令产出、字面量 TRUE=1 |
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| INT | `int16_t` 符号扩展 | `sat_*` 返回 int16，赋给 int64 寄存器自动符号扩展 |
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| TIME | 全 64 位 | 毫秒 |
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| func | 语义 | 宽度 | 读值扩展 | 类型 |
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|---|---|---|---|---|
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| 0 | 无符号 | 1B | 高位清 0 | BOOL/BYTE 等 |
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| 1 | 有符号 | 1B | 符号扩展 | SINT |
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| 2 | 无符号 | 2B | 高位清 0 | WORD/UINT |
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| 3 | 有符号 | 2B | 符号扩展 | INT |
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| 4 | 无符号 | 4B | 高位清 0 | DWORD/UDINT |
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| 5 | 有符号 | 4B | 符号扩展 | DINT |
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| 6 | 无符号 | 8B | 原样 | LWORD/ULINT |
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| 7 | 有符号 | 8B | 原样 | LINT |
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| 8 | F32 | 4B | 位模式（int64 低 32 位） | REAL |
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| 9 | F64 | 8B | 位模式原样 | LREAL |
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推论：**全宽 int64 比较等价于各类型自身比较**（INT 符号扩展后 -5 < 3 正确）。类型语义由编译期类型检查保证，VM 不查类型。
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- 寄存器（int64）统一承载：窄类型符号扩展/清 0 后，**全宽 int64 比较等价于各类型自身比较**；类型语义由编译期类型检查保证，VM 只按 func 解释
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- TIME/DATE/TOD/DT 走 func 6/7（64 位整数值）
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## 数据区访问（8 字节定宽槽，方案 a）
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## 数据区访问（槽表两级）
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```text
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槽号 slot（指令操作数）→ 数据偏移 = slot × 8
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LOAD_* rd, slot → rd = 读 data[slot*8 .. slot*8+8)（8 字节原样）
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||||
STORE_* slot, rs → 写 data[slot*8 .. slot*8+8) = rs（8 字节原样）
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||||
槽号 slot（指令操作数，u32）→ 槽表条目（8B：addr:u32 + 预留:u32）→ 值区字节偏移 addr
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LOAD rd, slot → rd = 读 value[addr .. addr+宽)（按 func 宽度 + 扩展）
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||||
STORE slot, rs → 写 value[addr .. addr+宽) = rs（按 func 宽度截断）
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||||
LOAD_OFF rd, slot, off → 读 value[addr+off .. ]（FB 字段访问）
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||||
STORE_OFF slot, off, rs → 写 value[addr+off .. ]（FB 字段访问）
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```
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`LOAD_I` / `LOAD_M` / `LOAD_GLOBAL` / `STORE_Q` / `STORE_M` / `STORE_GLOBAL` 执行逻辑完全相同（v1 单一数据区，操作码只作语义标签）。
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槽表条目数 = `n_slots`；槽号越界（`slot >= n_slots`）或地址 + 宽度越出值段 → `BadSlot`。
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## 指令执行表
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| 指令 | 流程 |
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|---|---|
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| `MOVE rd, rs` | `reg[rd] = reg[rs]` |
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| `LOADK rd, cid` | 查常量表 `const_entry(cid)`：BOOL → 0/1；INT → `(int16_t)value` 符号扩展；TIME → 全宽 |
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| `NOT rd, rs` | `reg[rd] = (reg[rs] == 0) ? 1 : 0` |
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| `AND/OR rd, ra, rb` | `reg[rd] = (reg[ra] != 0 && reg[rb] != 0) ? 1 : 0`（或 OR） |
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| `ADD/SUB/MUL/DIV rd, ra, rb` | `sat_add((int16)ra, (int16)rb)` 等，结果符号扩展入 rd |
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||||
| `CMP_xx rd, ra, rb` | 全宽 int64 比较 → `1` / `0` |
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||||
| `JMP off` | `pc += off`（见跳转语义） |
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||||
| `JT rd, off` / `JF rd, off` | `reg[rd] != 0`（JT）/ `== 0`（JF）时 `pc += off`，否则正常 +1 |
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||||
| `LOAD_* rd, slot` | 见数据区访问 |
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||||
| `STORE_* slot, rs` | 见数据区访问 |
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||||
| `CAL_TON/TOF/TP/CTU/CTD/CTUD/R_TRIG/F_TRIG slot` | 见定时器与边沿推进 |
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||||
| `MOVE rd, rs` | `reg[rd] = reg[rs]`（func 0..3 限宽 1/2/4/8B，高位清 0） |
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||||
| `LOADK rd, cid` | 查常量表 `const_entry(cid)`（8B 原始值）：按 func 读低 w 字节 + 扩展（同 read_value；F32/F64 位模式） |
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||||
| `NOT rd, rs` | **逻辑非**：`reg[rd] = (reg[rs] == 0) ? 1 : 0`（恒产 0/1） |
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||||
| `AND/OR/XOR/NAND/NOR/XNOR rd, ra, rb` | **位串逐位**（64 位整域）；BOOL 输入 0/1 下与逻辑等价 |
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||||
| `ADD/SUB/MUL/DIV rd, ra, rb` | 按 func：整数饱和（__int128 中间量）、无符号、F32/F64 IEEE |
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||||
| `CMP_EQ/NE/LT/LE/GT/GE rd, ra, rb` | 按 func 符号性比较（浮点 IEEE）→ `1` / `0` |
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||||
| `NEG rd, rs` | func 8/9 浮点取负（位模式），整数取负 |
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||||
| `JMP off` | `pc += off` |
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||||
| `JT rd, off` / `JF rd, off` | `reg[rd] != 0`（JT）/ `== 0`（JF）时 `pc += off` |
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||||
| `LOAD / STORE` | 见数据区访问（槽表两级） |
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||||
| `LOAD_OFF / STORE_OFF` | 见数据区访问（FB 字段） |
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| `CAL fb_id, slot` | 见内置 FB（15 条） |
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| `CALL fn_id` / `RET` | 见帧与调用栈 |
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| `NOP` | 空转 |
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### 跳转语义
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### 整数算术（除法 A：饱和 + 截断）
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```text
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指令执行后 pc 先 +1（指向下一条），跳转指令再 pc += off
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⇒ 目标下标 = 当前 + 1 + off（与编译端 patch_jump 一致）
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整数（func 0..7）：sat_add/sat_sub/sat_mul/sat_div（__int128 中间量，结果夹到类型范围）
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sat_div：除零 → 返回被除数原值（不抛错）；MIN / -1 → 夹到 MAX；其余截断向零
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浮点（func 8/9）：IEEE 754（除零 → inf；编译期类型检查保证使用域）
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```
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### 周期指令计数
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## 内置 FB（CAL，15 条）
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- 每条指令执行后 `cycle_count++`；超过映像头 `cycle_limit` → `CycleLimit` 故障（周期中止）
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- `JMP` / `JT` / `JF` / `CALL` 只算 1 条（cycle_limit 以"执行的指令数"计）
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`CAL fb_id, slot`：`slot` 是实例**槽号**（槽表条目指向实例基址）；字段偏移**编译期对齐计算**（1/2/4/8），字段类型按 machine.toml `[[fb]]` 表。每次执行 = 推进一次，Δt = 映像头 `dt_ms`（不读系统时钟）。边沿检测的"上次输入"存 VM 侧 `edge_prev_`（每槽 2 字节），跨周期保留：
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## 定时器与边沿推进（CAL_TON / CAL_TOF / CAL_TP / CAL_CTU / CAL_CTD / CAL_CTUD / CAL_R_TRIG / CAL_F_TRIG）
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`CAL_* slot` 的 `slot` 是实例**基槽号**；字段偏移 = 字段序号 × 8（布局冻结：TON/TOF/TP = in/pt/q/et；CTU = cu/r/pv/q/cv；CTD = cd/ld/pv/q/cv；CTUD = cu/cd/r/lu/pv/qu/qd/cv；R_TRIG/F_TRIG = clk/q）。每次执行 = 推进一次，Δt = 映像头 `dt_ms`（不读系统时钟）。边沿检测的"上次输入"存 VM 侧 `edge_prev_`（每实例基槽 2 字节），跨周期保留：
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```text
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||||
CAL_TON：
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||||
in 为真：et += dt（et ≥ pt 时停在 pt）；q = (et ≥ pt) ? 1 : 0
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in 为假：et = 0；q = 0
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||||
CAL_TOF：
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||||
in 为真：q = 1；et = 0
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in 掉电：et += dt；et ≥ pt 时 q = 0
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CAL_TP（脉冲）：
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in 上升沿启动 PT 时长脉冲（期间 in 变化不影响）
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计时中：et += dt；et ≥ pt → q = 0、et 归零（脉冲结束）；否则 q = 1
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非计时：et = 0；q = 0
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CAL_CTU：cu 上升沿 → cv += 1；r → cv = 0；q = (cv ≥ pv) ? 1 : 0
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CAL_CTD：cd 上升沿 → cv -= 1；ld → cv = pv；q = (cv ≤ 0) ? 1 : 0
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||||
CAL_CTUD：cu 上升沿 → cv += 1；cd 上升沿 → cv -= 1；r → cv = 0；lu → cv = pv；
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||||
qu = (cv ≥ pv) ? 1 : 0；qd = (cv ≤ 0) ? 1 : 0
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||||
CAL_R_TRIG：q = clk 且上次 clk 假（上升沿）
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||||
CAL_F_TRIG：q = !clk 且上次 clk 真（下降沿）
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```
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| fb_id | FB | 字段布局（偏移：类型） | 语义 |
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|---|---|---|---|
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| 0 | TON | in@0:B，pt@8:TIME，q@16:B，et@24:TIME | in 真：et += dt（et ≥ pt 停在 pt）；q = (et ≥ pt) |
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| 1 | TOF | 同 TON | in 真：q=1、et=0；in 掉电：et += dt，et ≥ pt → q=0 |
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| 2 | TP | 同 TON | in 上升沿启动 PT 时长脉冲；计时 et += dt，期满 q=0、et=0 |
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||||
| 3 | CTU | cu@0:B，r@1:B，pv@2:INT，q@4:B，cv@6:INT | cu 上升沿 cv += 1；r → cv=0；q = (cv ≥ pv) |
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||||
| 4 | DCTU | cu@0:B，r@1:B，pv@4:DINT，q@8:B，cv@12:DINT | 同 CTU（DINT） |
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||||
| 5 | CTD | cd@0:B，ld@1:B，pv@2:INT，q@4:B，cv@6:INT | cd 上升沿 cv -= 1；ld → cv=pv；q = (cv ≤ 0) |
|
||||
| 6 | DCTD | 同 DCTU 布局 | 同 CTD（DINT） |
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||||
| 7 | CTUD | cu@0:B，cd@1:B，r@2:B，lu@3:B，pv@4:INT，qu@6:B，qd@7:B，cv@8:INT | cu 上升沿 +1、cd 上升沿 -1；r → 0；lu → pv；qu=(cv≥pv)、qd=(cv≤0) |
|
||||
| 8 | DCTUD | cu@0，cd@1，r@2，lu@3:B，pv@4:DINT，qu@8，qd@9:B，cv@12:DINT | 同 CTUD（DINT） |
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||||
| 9 | R_TRIG | clk@0:B，q@1:B | q = clk 且上次 clk 假（上升沿） |
|
||||
| 10 | F_TRIG | clk@0:B，q@1:B | q = !clk 且上次 clk 真（下降沿） |
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||||
| 11 | SR | S1@0:B，R@1:B，Q1@2:B | **置位优先**：S1 → Q1=1；否则 R → Q1=0 |
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||||
| 12 | RS | SET@0:B，RESET1@1:B，Q1@2:B | **复位优先**：RESET1 → Q1=0；否则 SET → Q1=1 |
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||||
| 13 | PWM | in@0:B，pt@8:TIME，duty@16:REAL，q@20:B，et@24:TIME | in 真：et += dt（≥ pt 回绕）；q = (et < pt × duty)；in 假：et=0、q=0 |
|
||||
| 14 | RTC | enable@0:B，date@4:DATE，tod@8:TOD | 虚拟时钟：累计周期数 × dt_ms（1970 纪元）；enable 真时写 date/tod |
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## 故障
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@@ -130,38 +138,38 @@ CAL_F_TRIG：q = !clk 且上次 clk 真（下降沿）
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|---|---|---|
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| `None` | — | 正常完成 |
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| `CycleLimit` | 周期指令数 > `cycle_limit`（用例 6） | 中止，返回故障 |
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| `StackOverflow` | 调用栈深度 > 64 | 中止 |
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| `BadOp` | op ≥ 29 | 中止 |
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| `BadSlot` | slot × 8 + 8 > 数据区长度 | 中止 |
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| `BadConst` | const_id ≥ n_consts | 中止 |
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| `StackOverflow` | 调用栈深度 > 64 或 `sp_ + 帧大小 > max_stack` | 中止 |
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| `BadOp` | pc 越界 / 指令截断 / 前缀 RESERVED / 寄存器越界 / CAL fb_id 未知 | 中止 |
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| `BadSlot` | 槽号 ≥ n_slots，或地址 + 宽度越出值段 | 中止 |
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| `BadConst` | LOADK const_id ≥ n_consts | 中止 |
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## 示例：line1 MAIN 逐指令推演
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## 示例：line1 MAIN 逐指令推演（V2）
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映像：`dt_ms=10`，`cycle_limit=100000`，数据区 56 字节（7 槽 × 8B，方案 a）。
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映像（`--disasm` 实取）：`dt_ms=10`，`cycle_limit=100000`，值区 7 字节；槽 0..4 → 值区 0..4（紧凑 U8：0=EmergencyStop、1=I0_0、2=I0_1、3=Q0_0、4=starter 实例）。
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```text
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初始：MAIN 帧 regs[13] 全 0；槽 0..6 全 0（初值 0）
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初始：MAIN 帧 regs[13] 全 0；槽 0..4 全 0（初值 0）
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假定 executor 已采样：槽 0 = EmergencyStop = 0、槽 1 = I0_0 = 1、槽 2 = I0_1 = 0
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pc 指令 执行后
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── ───────────────────── ──────────────────────────────
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0 LOAD_I r8, 1 r8 = data[8..16) 低字节 = 1（I0_0）
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1 STORE_GLOBAL r8, 4 槽 4（starter.start）= 1
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2 LOAD_GLOBAL r9, 2 r9 = 0（I0_1）
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3 STORE_GLOBAL r9, 5 槽 5（starter.stop）= 0
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4 LOAD_GLOBAL r8, 8 内联体：r8 = 槽 4 = 1（start）
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5 JF r8, +3 r8≠0 不跳；pc = 6
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6 LOAD_GLOBAL r10, 9 r10 = 槽 5 = 0（stop）
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7 NOT r9, r10 r9 = 1
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8 MOVE r8, r9 r8 = 1
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9 JF r8, +3 r8≠0 不跳；pc = 10
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10 LOAD_I r12, 0 r12 = 槽 0 = 0（EmergencyStop）
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11 NOT r11, r12 r11 = 1
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12 MOVE r8, r11 r8 = 1
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13 STORE_GLOBAL r8, 10 槽 6（starter.q）= 1
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14 LOAD_GLOBAL r8, 10 r8 = 槽 6 = 1
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15 STORE_Q r8, 3 槽 3（Q0_0）= 1
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16 RET 周期结束；executor 读槽 3 → 硬件
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pc 指令 执行后
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── ───────────────────── ──────────────────────────────
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0x9c LOAD.U8 r8, s1 r8 = value[1] = 1（I0_0）
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0xa4 STORE_OFF.U8 r8, s4, 0 starter.S1（实例基址 4 + 0）= 1
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0xb4 LOAD.U8 r9, s2 r9 = value[2] = 0（I0_1）
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||||
0xbc STORE_OFF.U8 r9, s4, 1 starter.R（4 + 1）= 0
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||||
0xcc LOAD_OFF.U8 r8, s4, 0 r8 = 1（S1）
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||||
0xdc JF r8, +24 r8≠0 不跳；pc = 0xe4 + 0
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0xe4 LOAD_OFF.U8 r10, s4, 1 r10 = 0（R）
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0xf4 NOT r9, r10 r9 = 1
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0xf8 MOVE r8, r9 r8 = 1
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||||
0xfc JF r8, +16 r8≠0 不跳；pc = 0x104
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0x104 LOAD.U8 r12, s0 r12 = value[0] = 0（EmergencyStop）
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0x10c NOT r11, r12 r11 = 1
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||||
0x110 MOVE r8, r11 r8 = 1
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||||
0x114 STORE_OFF.U8 r8, s4, 2 starter.Q1（4 + 2）= 1
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||||
0x124 LOAD_OFF.U8 r8, s4, 2 r8 = 1（Q1）
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0x134 STORE.U8 r8, s3 Q0_0（槽 3）= 1
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0x13c RET 周期结束；executor 读槽 3 → 硬件
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```
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结果：`Q0_0 = 1`（start=1、stop=0、急停=0 → 电机启动）——与 `EXPECTED.md` 真值表一致。
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结果：`Q0_0 = 1`（start=1、stop=0、急停=0 → 电机启动）——与 `EXPECTED.md` 真值表一致（vm_test 94 checks + executor 端到端验证）。
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