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阶段4-2a：vm/Image V2（头 128B/6 段校验/槽表访问器）

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- ImageHeader：V2 字段（offset_slots/offset_values + n_slots/values_size/
  offset_meta/max_stack）；kModelVersion=2（STATOR2）
- 段校验：const/funcs/code/slots/values + meta=0 空段处理、尺寸一致性、对齐
- 常量表 8B 无 tag；FuncRow.code_len 字节；slot_addr/slots_bytes 访问器
- 验证：V2 产物解析 ok、model_matches(STATOR,2)/sha 校验通过
- 状态：Machine.cpp 仍破（4-2b）
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Admin
2026-08-26 09:59:18 +08:00
parent 4f3da55ed7
commit dbedc17032
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vm/src/Image.cpp
+75 -92
View File
@@ -1,6 +1,6 @@
/**
* @file Image.cpp
* @brief vm 自带的 .stb 只读视图实现（执行器侧；compiler 各有实现）
* @brief vm 自带的 .stb 只读视图实现（执行器侧；compiler 各有实现，V2）
* @author
* @date 2026-08-21
*/
@@ -16,56 +16,52 @@ namespace {
/// 映像魔数："STSC" 小端。
const uint32_t kMagic = 0x43545353u;
/// 映像格式版本。
const uint32_t kVersion = 1;
/// 映像头字节数（72 原字段 + 型号标识[32] @72，12.13 修订）。
const size_t kHeaderSize = 104;
/// 常量表一行字节数（tag:4 + value:8）。
const size_t kConstEntrySize = 12;
/// 映像格式版本（V2）。
const uint32_t kVersion = 2;
/// 映像头字节数（V2：128）。
const size_t kHeaderSize = 128;
/// 常量表一行字节数（value:8，无 tag）。
const size_t kConstEntrySize = 8;
/// 函数表一行字节数（nregs/code_offset/code_len 各 4）。
const size_t kFuncRowSize = 12;
/// 槽表一行字节数（addr:4 + 预留:4）。
const size_t kSlotRowSize = 8;
/// SHA-256 摘要长度（文件尾）。
const size_t kSha256Size = 32;
/// 型号标识长度（头内 @72，不足补 '\0'）。
const size_t kModelIdSize = 32;
// ---- 头字段偏移（与 Doc/isa/指令与映像.md 字段表一致；compiler 侧另有同值一份）----
// ---- 头字段偏移（与 Doc/isa/指令与映像.md §8.1 一致；compiler 侧另有同值一份）----
constexpr size_t kOffMagic = 0; ///< 魔数 "STSC"
constexpr size_t kOffVersion = 4; ///< 格式版本
constexpr size_t kOffVersion = 4; ///< 格式版本（V2 = 2）
constexpr size_t kOffCycleLimit = 8; ///< 每周期指令数上限
constexpr size_t kOffDtMs = 12; ///< 周期时长（毫秒）
constexpr size_t kOffProjectHash = 16; ///< 工程哈希（8 字节）
constexpr size_t kOffEntryFnId = 24; ///< 入口函数 fn_id
constexpr size_t kOffNGlobals = 28; ///< 全局槽数
constexpr size_t kOffNI = 32; ///< 输入（I）槽数
constexpr size_t kOffNQ = 36; ///< 输出（Q）槽数
constexpr size_t kOffNM = 40; ///< 中间（M）槽数
constexpr size_t kOffNI = 32; ///< 输入（I）槽数（保留恒 0）
constexpr size_t kOffNQ = 36; ///< 输出（Q）槽数（保留恒 0）
constexpr size_t kOffNM = 40; ///< 中间（M）槽数（保留恒 0）
constexpr size_t kOffNConsts = 44; ///< 常量表条目数
constexpr size_t kOffNFuncs = 48; ///< 函数表行数
constexpr size_t kOffConst = 52; ///< 常量表段偏移
constexpr size_t kOffFuncs = 56; ///< 函数表段偏移
constexpr size_t kOffCode = 60; ///< 字节码段偏移
constexpr size_t kOffFb = 64; ///< FB 表段偏移
constexpr size_t kOffData = 68; ///< 数据段偏移
constexpr size_t kOffModelId = 72; ///< 型号标识[32]（12.13 修订）
constexpr size_t kOffSlots = 64; ///< 槽表段偏移
constexpr size_t kOffValues = 68; ///< 值段偏移
constexpr size_t kOffModelId = 72; ///< 型号标识[32]
constexpr size_t kOffNSlots = 104; ///< 槽表条目数
constexpr size_t kOffValuesSize = 108; ///< 值段字节数
constexpr size_t kOffMeta = 112; ///< 元数据段偏移（0 = 空段）
constexpr size_t kOffMaxStack = 116; ///< 栈区字节数
// ---- 段内行偏移 ----
constexpr size_t kConstTagOff = 0; ///< 常量表行内：tag
constexpr size_t kConstValueOff = 4; ///< 常量表行内：value（8 字节）
constexpr size_t kFuncNregsOff = 0; ///< 函数表行内：nregs
constexpr size_t kFuncCodeOff = 4; ///< 函数表行内：code_offset（字节）
constexpr size_t kFuncLenOff = 8; ///< 函数表行内：code_len（指令条数）
constexpr size_t kConstValueOff = 0; ///< 常量表行内：value（8 字节）
constexpr size_t kFuncNregsOff = 0; ///< 函数表行内：nregs
constexpr size_t kFuncCodeOff = 4; ///< 函数表行内：code_offset（字节）
constexpr size_t kFuncLenOff = 8; ///< 函数表行内：code_len（字节）
constexpr size_t kSlotAddrOff = 0; ///< 槽表行内：addr
// 防漂移：头布局自洽性（与 Doc/isa/指令与映像.md 冻结表核对）
static_assert(kHeaderSize == kOffModelId + kModelIdSize, "header size = 72 + model id[32]");
static_assert(kOffData > kOffFb && kOffFb > kOffCode && kOffCode > kOffFuncs &&
kOffFuncs > kOffConst,
"header field offsets monotonic");
static_assert(kOffModelId == kOffData + 4, "model id follows data offset field");
static_assert(kConstEntrySize == kConstValueOff + 8, "const row: tag + value:8");
static_assert(kFuncRowSize == kFuncLenOff + 4, "func row: nregs/code_offset/code_len");
/// 小端读 32 位。
uint32_t get_le32(const uint8_t* p) {
return static_cast<uint32_t>(p[0])
| (static_cast<uint32_t>(p[1]) << 8)
@@ -73,7 +69,6 @@ namespace {
| (static_cast<uint32_t>(p[3]) << 24);
}
/// 小端读 64 位。
uint64_t get_le64(const uint8_t* p) {
uint64_t v = 0;
for (int i = 0; i < 8; ++i) {
@@ -84,7 +79,6 @@ namespace {
// ---- SHA-256（执行器侧实现，与 compiler 各一份）----
/// SHA-256 轮常量 K[0..63]。
const uint32_t kShaK[64] = {
0x428a2f98, 0x71374491, 0xb5c0fbcf, 0xe9b5dba5, 0x3956c25b, 0x59f111f1,
0x923f82a4, 0xab1c5ed5, 0xd807aa98, 0x12835b01, 0x243185be, 0x550c7dc3,
@@ -99,14 +93,8 @@ namespace {
0x90befffa, 0xa4506ceb, 0xbef9a3f7, 0xc67178f2,
};
/// 循环右移。
inline uint32_t rotr(uint32_t x, uint32_t n) { return (x >> n) | (x << (32 - n)); }
/**
* @brief SHA-256 增量状态机。
* @details 标准 FIPS 180-4 实现：update() 吸收任意长度字节流，final() 输出
* 32 字节大端摘要。按 64 字节块 process()。
*/
struct Sha256 {
uint32_t h[8] = {0x6a09e667, 0xbb67ae85, 0x3c6ef372, 0xa54ff53a,
0x510e527f, 0x9b05688c, 0x1f83d9ab, 0x5be0cd19}; ///< 初始哈希值
@@ -114,11 +102,6 @@ namespace {
uint8_t block[64]; ///< 当前块缓冲
size_t block_len = 0; ///< 块缓冲已用字节数
/**
* @brief 吸收数据。
* @param data 输入字节
* @param len 字节数
*/
void update(const uint8_t* data, size_t len) {
total += len;
while (len > 0) {
@@ -140,7 +123,6 @@ namespace {
}
}
/// 压缩一个满块（64 字节，w[0..63] 展开 + 64 轮）。
void process() {
uint32_t w[64];
for (int i = 0; i < 16; ++i) {
@@ -173,10 +155,6 @@ namespace {
h[4] += e; h[5] += f; h[6] += g; h[7] += hh;
}
/**
* @brief 结束并输出摘要。
* @param out 32 字节输出缓冲（大端）
*/
void final(uint8_t out[32]) {
const uint64_t bitlen = total * 8;
const uint8_t pad = 0x80;
@@ -198,31 +176,18 @@ namespace {
}
}
/// 大端读 32 位。
static uint32_t get_be32(const uint8_t* p) {
return (static_cast<uint32_t>(p[0]) << 24) | (static_cast<uint32_t>(p[1]) << 16) |
(static_cast<uint32_t>(p[2]) << 8) | static_cast<uint32_t>(p[3]);
}
};
/**
* @brief 一次性 SHA-256。
* @param data 输入字节
* @param len 字节数
* @param out 32 字节摘要输出
*/
void sha256(const uint8_t* data, size_t len, uint8_t out[32]) {
Sha256 s;
s.update(data, len);
s.final(out);
}
/**
* @brief 按型号标识约定填充 32 字节：name + version（如 "STATOR1"），余下补 '\0'。
* @param name 型号名
* @param version 版本号
* @param out 32 字节输出缓冲
*/
void fill_model_id(const std::string& name, uint32_t version, char out[32]) {
const std::string id = name + std::to_string(version);
for (size_t i = 0; i < 32; ++i) {
@@ -234,9 +199,6 @@ namespace {
/**
* @brief 从原始字节构造只读视图（不拷贝，调用方保证生命周期）。
* @param buf 映像缓冲；可为 nullptr
* @param len 缓冲字节数
* @return 校验结果；ok() 判成功，error() 取失败原因
*/
Image Image::from(const uint8_t* buf, size_t len) {
Image v;
@@ -272,16 +234,20 @@ Image Image::from(const uint8_t* buf, size_t len) {
h.offset_const = get_le32(buf + kOffConst);
h.offset_funcs = get_le32(buf + kOffFuncs);
h.offset_code = get_le32(buf + kOffCode);
h.offset_fb = get_le32(buf + kOffFb);
h.offset_data = get_le32(buf + kOffData);
h.offset_slots = get_le32(buf + kOffSlots);
h.offset_values = get_le32(buf + kOffValues);
h.n_slots = get_le32(buf + kOffNSlots);
h.values_size = get_le32(buf + kOffValuesSize);
h.offset_meta = get_le32(buf + kOffMeta);
h.max_stack = get_le32(buf + kOffMaxStack);
// 段校验（数据段之后是 SHA-256 文件尾；这里仅保证有尾，sha_ok() 做完整性校验）
if (len < static_cast<size_t>(h.offset_data) + kSha256Size) {
// 段校验（V2：值段之后是 SHA-256 文件尾；元数据段 0 = 空段）
if (len < static_cast<size_t>(h.offset_values) + kSha256Size) {
v.err_ = "missing sha256 tail";
return v;
}
const uint64_t offs[5] = {h.offset_const, h.offset_funcs, h.offset_code, h.offset_fb,
h.offset_data};
const uint64_t offs[5] = {h.offset_const, h.offset_funcs, h.offset_code, h.offset_slots,
h.offset_values};
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
if (offs[i] < kHeaderSize || offs[i] > len - kSha256Size) {
v.err_ = "segment offset out of range";
@@ -300,8 +266,22 @@ Image Image::from(const uint8_t* buf, size_t len) {
v.err_ = "function table size mismatch";
return v;
}
if ((h.offset_fb - h.offset_code) % 4 != 0) {
v.err_ = "code segment not 4-byte aligned";
if (offs[4] - offs[3] != static_cast<uint64_t>(h.n_slots) * kSlotRowSize) {
v.err_ = "slot table size mismatch";
return v;
}
// 值段大小：meta 段为 0（空段）时值段到 SHA 尾；否则到 meta 起点
if (h.offset_meta != 0) {
if (static_cast<uint64_t>(h.offset_meta) - offs[4] != h.values_size) {
v.err_ = "values segment size mismatch";
return v;
}
} else if (static_cast<uint64_t>(len - kSha256Size) - offs[4] != h.values_size) {
v.err_ = "values segment size mismatch";
return v;
}
if ((h.offset_slots - h.offset_code) % 4 != 0) {
v.err_ = "code segment not aligned";
return v;
}
if (h.entry_fn_id >= h.n_funcs && h.n_funcs != 0) {
@@ -315,8 +295,6 @@ Image Image::from(const uint8_t* buf, size_t len) {
/**
* @brief 从 vector 构造只读视图。
* @param buf 映像缓冲（引用 data()，调用方保证生命周期）
* @return 同 from(const uint8_t*, size_t)
*/
Image Image::from(const std::vector<uint8_t>& buf) {
return from(buf.data(), buf.size());
@@ -324,8 +302,6 @@ Image Image::from(const std::vector<uint8_t>& buf) {
/**
* @brief 读函数表一行。
* @param i 函数下标
* @return 该行字段；越界（或校验失败）时全 0
*/
FuncRow Image::func_row(size_t i) const {
FuncRow r;
@@ -339,47 +315,58 @@ FuncRow Image::func_row(size_t i) const {
}
/**
* @brief 读常量表一项。
* @param i 常量下标
* @return 该条目；越界（或校验失败）时全 0
* @brief 读常量表一项（8B 原始值）。
*/
ConstEntry Image::const_entry(size_t i) const {
ConstEntry e;
if (ok_ && i < hdr_.n_consts) {
const uint8_t* p = buf_ + hdr_.offset_const + i * kConstEntrySize;
e.tag = get_le32(p + kConstTagOff);
e.value = get_le64(p + kConstValueOff);
}
return e;
}
/**
* @brief 读槽表一项的地址（值段内偏移）。
*/
uint32_t Image::slot_addr(size_t i) const {
if (ok_ && i < hdr_.n_slots) {
const uint8_t* p = buf_ + hdr_.offset_slots + i * kSlotRowSize;
return get_le32(p + kSlotAddrOff);
}
return 0;
}
/**
* @brief 槽表段起点。
*/
const uint8_t* Image::slots_bytes() const {
return ok_ ? buf_ + hdr_.offset_slots : nullptr;
}
/**
* @brief 字节码段起点。
* @return 段指针；校验失败返回 nullptr
*/
const uint8_t* Image::code_bytes() const {
return ok_ ? buf_ + hdr_.offset_code : nullptr;
}
/**
* @brief 数据段起点。
* @return 段指针；校验失败返回 nullptr
* @brief 值段起点。
*/
const uint8_t* Image::data_bytes() const {
return ok_ ? buf_ + hdr_.offset_data : nullptr;
return ok_ ? buf_ + hdr_.offset_values : nullptr;
}
/**
* @brief 数据段字节数。
* @return 段长度（不含 SHA-256 尾）；校验失败返回 0
* @brief 值段字节数。
*/
size_t Image::data_len() const {
return ok_ ? (len_ - kSha256Size) - hdr_.offset_data : 0;
return ok_ ? (len_ - kSha256Size) - hdr_.offset_values : 0;
}
/**
* @brief 型号标识字符串。
* @return 头 @72 起 32 字节，去 '\0' 截断；校验失败返回空串
*/
std::string Image::model_id() const {
if (!ok_) {
@@ -395,9 +382,6 @@ std::string Image::model_id() const {
/**
* @brief 型号标识是否匹配。
* @param name 期望型号名（如 "STATOR"）
* @param version 期望版本（如 1）
* @return 头内 32 字节与 "name + version" 补零后逐字节相等
*/
bool Image::model_matches(const std::string& name, uint32_t version) const {
char want[kModelIdSize];
@@ -407,7 +391,6 @@ bool Image::model_matches(const std::string& name, uint32_t version) const {
/**
* @brief 文件尾 SHA-256 完整性校验。
* @return 对 len-32 字节内容算摘要，与文件尾 32 字节相等
*/
bool Image::sha_ok() const {
if (!ok_) {