12.9 步骤 6：vm_test 固化（手工映像 + 编译器产物 + 确定性）。

- 手工映像：标量/跳转/数据区、CALL/RET 帧复制（r1/r2 实参 → r0 结果）、自调用 StackOverflow、越界槽 BadSlot、坏常量 BadConst
- 编译器产物：用例 01~09/13/15/17/18/20 跑周期断言（TON 第 3 周期 q=1、line1 真值表 4 组）
- 用例 06 CycleLimit；确定性：同一 I 序列两遍数据区逐字节一致
- step 单步：停在指令边界、cycle_count/regs 逐步核对
- ctest 10/10（vm_cycles 84 断言）

Doc/compiler/寄存器码.md

@@ -25,9 +25,9 @@ compiler 模块的代码生成。输入：`Project` + `Unit`（AST）+ `LinkResu
 | 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 |
 | 全局（含 I/Q/M） | 数据区（声明序） | 12.6 已定槽号 |
 
-- **数据区** = 全局块（声明序，按对齐规则：BOOL 1B / INT 2B / TIME 8B，起点对齐自身宽度）→ FB 实例块（按实例声明序，各块按类型布局大小、8 字节对齐）
+- **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）
-- **指令 slot = 数据区字节偏移**（u16）；符号表 `address` 保持逻辑槽号（12.6 冻结），编译时做 槽号 → 偏移 映射
+- **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
-- 字段访问 `fb.Q`：`LOAD_GLOBAL rd, <实例基址+字段偏移>`（编译期算死）；I/Q/M 用 `LOAD_I` / `STORE_Q` / `LOAD_M` / `STORE_M` 同槽号
+- 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
 - 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
 
 ### 调用约定（v1 冻结，VM 12.9 按此实现）

Doc/isa/stb文件格式.md

@@ -1,6 +1,6 @@
 # .stb 映像文件结构
 
-编译产物 `.stb` 的**面向使用者**的结构说明。规范以 [`指令与映像.md`](指令与映像.md) 为准，本文用 `line1.stb`（184 字节）做真实拆解。
+编译产物 `.stb` 的**面向使用者**的结构说明。规范以 [`指令与映像.md`](指令与映像.md) 为准，本文用 `line1.stb`（224 字节）做真实拆解。
 
 ## 概览
 
@@ -74,15 +74,15 @@ line1（2 行）：
 - `CALL` 的 `fn_id` = 函数表行下标
 - 调用约定：结果 r0、参数 r1..r7、变量与临时 r8 起
 
-line1 `MAIN` 前 5 条（`0x60` 起）：
+line1 `MAIN` 前 5 条（`0x60` 起，slot 为 8 字节定宽槽号）：
 
 | 偏移 | 字节 | 反汇编 | 含义 |
 |---|---|---|---|
-| 0x60 | `12 08 01 00` | `LOAD_I r8, 1` | I0_0（io.input 绑定 → LOAD_I） |
+| 0x64 | `12 08 01 00` | `LOAD_I r8, 1` | I0_0（io.input 绑定 → LOAD_I，槽 1） |
-| 0x64 | `17 08 08 00` | `STORE_GLOBAL r8, 8` | starter.start ← I0_0 |
+| 0x68 | `17 08 04 00` | `STORE_GLOBAL r8, 4` | starter.start（槽 4）← I0_0 |
-| 0x68 | `16 09 02 00` | `LOAD_GLOBAL r9, 2` | I0_1 |
+| 0x6C | `16 09 02 00` | `LOAD_GLOBAL r9, 2` | I0_1（槽 2） |
-| 0x6C | `17 09 09 00` | `STORE_GLOBAL r9, 9` | starter.stop ← I0_1 |
+| 0x70 | `17 09 05 00` | `STORE_GLOBAL r9, 5` | starter.stop（槽 5）← I0_1 |
-| 0x70 | `16 08 08 00` | `LOAD_GLOBAL r8, 8` | 内联体：读 starter.start |
+| 0x74 | `16 08 04 00` | `LOAD_GLOBAL r8, 4` | 内联体：读 starter.start（槽 4） |
 
 ## FB 布局段（`offset_fb` 起）
 
@@ -90,18 +90,21 @@ v1 为空（用户 FB 内联展开，字段偏移已算进数据段；内建 TON
 
 ## 数据段（`offset_data` 起）
 
-**全局块**（`n_globals` 个，声明序）→ **FB 实例块**（按 POU 收集序、实例声明序，块间 8 字节对齐）。
+**每槽 8 字节定宽**（12.9 方案 a）：`BOOL` 用低 1 字节、`INT` 用低 2 字节（小端）、`TIME` 全 8 字节。指令 `slot` 操作数即**槽号**，数据偏移 = 槽号 × 8。
 
-槽宽与对齐：`BOOL` 1 字节 / `INT` 2 字节 / `TIME` 8 字节，每个槽起点对齐自身宽度。
+槽序：**全局块**（`n_globals` 个，声明序）→ **FB 实例块**（POU 收集序、实例声明序，每字段一槽）。
 
-line1 数据段（16 字节，`0xA8` 起）：
+line1 数据段（56 字节 = 7 槽 × 8B，`0xA8` 起）：
 
-| 偏移 | 内容 |
+| 槽号 | 偏移 | 内容 |
-|---|---|
+|---|---|---|
-| 0xA8..0xAB | 全局：EmergencyStop、I0_0、I0_1、Q0_0（BOOL，初值 0） |
+| 0 | 0xA8 | EmergencyStop（BOOL，初值 0） |
-| 0xAC..0xAF | 填充（实例块 8 对齐） |
+| 1 | 0xB0 | I0_0（BOOL） |
-| 0xB0..0xB2 | starter 实例：start、stop、q（BOOL） |
+| 2 | 0xB8 | I0_1（BOOL） |
-| 0xB3..0xB7 | 填充 |
+| 3 | 0xC0 | Q0_0（BOOL） |
+| 4 | 0xC8 | starter.start（BOOL） |
+| 5 | 0xD0 | starter.stop（BOOL） |
+| 6 | 0xD8 | starter.q（BOOL） |
 
 ## 用工具验证
 

Doc/isa/指令与映像.md

@@ -76,7 +76,7 @@ C++20 定宽：
 
 - 有符号：`TOF` 剩余时间、两个时间点相减会出负值，免去无符号边界处理
 - 64 位：为将来 `DATE_AND_TIME`（毫秒时间戳）与 `TON` / `TOF` / `TP` 的 64 位定时器预留；毫秒量程约 2.9 亿年，扫描周期场景永不溢出
-- 代价：槽位 8 字节对齐。**槽位对齐规则**：`BOOL` 1 字节、`INT` 2 字节、`TIME` 8 字节；连续排列按类型对齐，需要时插 padding，偏移以本规则为准。
+- 代价：槽位 8 字节对齐。**槽位规则**（12.9 方案 a）：每槽 8 字节定宽，`BOOL` 用低 1 字节、`INT` 用低 2 字节（小端）、`TIME` 全 8 字节；槽号 × 8 = 数据偏移，无 padding。
 
 ---
 
@@ -180,7 +180,7 @@ FB 实例固定布局，字段偏移编译期算死。
 
 ### 数据段
 
-槽初值按序排：全局（`n_globals`）→ I → Q → M。槽宽与对齐：`BOOL` 1 字节 / `INT` 2 字节 / `TIME` 8 字节，每个槽起点对齐到自身宽度（需要时插 padding）。
+槽初值按序排：全局（`n_globals`，v1 不拆 I/Q/M）→ FB 实例块（每字段一槽）。**每槽 8 字节定宽**（12.9 方案 a）：`BOOL` 用低 1 字节、`INT` 用低 2 字节（小端）、`TIME` 全 8 字节。指令 `slot` 操作数即**槽号**，数据偏移 = 槽号 × 8；符号表 `address` 与指令 slot 一致，无映射。
 
 工程哈希：收录源文件路径排序后对内容做 **FNV-1a 64**，只保证回放槽位一致，不是密码学哈希。FNV-1a 64：basis `0xcbf29ce484222325`，prime `0x100000001b3`。
 

Doc/vm/扫描周期.md

@@ -48,3 +48,74 @@ const Snapshot& snapshot() const;
 
 - 寄存器 ≤256、映像很小，快照拷贝成本可忽略。
 - 单步、回放、dump 都建立在同一套观察 API 上。
+
+---
+
+## 12.9 执行计划
+
+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）
+
+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`（新建 `vm/include/vm/Machine.h`）
+
+```cpp
+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`（`ImageView` + 类型/饱和函数）
+
+### 步骤 2：`Machine.cpp` 译码 switch
+
+- 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
+
+- `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（CAL_TON / CAL_TOF / CAL_CTU）
+
+- 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
+- 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
+
+### 步骤 5：可观察性基础
+
+- `step()` / `pc` / `fn_id` / `cycle_count` / `call_depth` / `reg` 落基础实现；`snapshot()` 留 12.11 补全
+
+### 步骤 6：`vm_test`（`tests/src/vm_test.cpp` + CMake，链 `vm` 库）
+
+- 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
+
+- `cmake --build` + `ctest`（新增 `vm_cycles` 后 10/10 全绿）；20 用例扫描：14 正例执行通过

compiler/src/Codegen.cpp

@@ -7,15 +7,14 @@
  * @details 设计说明（详见 Doc/compiler/寄存器码.md）：
  * - 切片 1~6：帧/字面量/MOVE/RET；全局数据区；短路 AND/OR；CMP 与 IF；WHILE 与四则；
  *   FUNCTION 与 CALL（调用约定 r0/r1..r7/r8+）。
- * - 切片 7：FB 实例 → 数据区实例块（跨周期持久）；字段地址 = 实例基址 + 字段偏移
+ * - 切片 7：FB 实例 → 数据区实例块（跨周期持久）；字段槽号 = 实例基槽 + 字段序号
  *   （编译期算死）；字段读写走 LOAD_GLOBAL / STORE_GLOBAL；
- *   内建 TON/TOF/CTU → 实参写字段后 CAL_* <实例偏移>；
+ *   内建 TON/TOF/CTU → 实参写字段后 CAL_* <实例基槽>；
  *   用户 FB → 调用点内联展开（实参写字段 → FB 体以实例字段为变量编译）
- * - 其余构造报 codegen error
+ * - 方案 a（12.9 前置）：数据段**每槽 8 字节定宽**，指令 slot = 槽号（无映射）
  *
  * 函数清单：
  * - put_le32 / put_le64      小端写入映像缓冲
- * - align_up / width_of      对齐与槽宽
  * - Builder::Builder        （构造）存工程/源文件/链接结果/输出，收集 io 绑定分类
  * - Builder::run            布局数据区（全局 + 实例）→ 逐 POU 建函数 → 拼映像
  * - Builder::fail           组装 "codegen error: <msg>" 返回 false
@@ -29,9 +28,10 @@
  * - store_target            赋值左值：STORE_* 到全局槽（或内联模式实例字段）
  * - compile_expr            表达式编译到寄存器（含 Field 字段读）
  * - cmp_op / arith_op / load_op / store_op   操作码选择
- * - global_offset / instance_of              槽号 → 偏移 / 实例 → 字段地址
+ * - global_offset           槽号恒等（方案 a 无映射）
+ * - instance_of             实例 → 字段槽号表
  * - patch_jump              回填跳转偏移（相对下一条指令）
- * - layout_data / layout_fb_instances / init_of   数据区布局
+ * - layout_data / layout_fb_instances / init_of   数据区布局（8 字节定宽槽）
  * - const_id                取常量表 id（无则追加）
  * - assemble_image          拼头 + 常量表 + 函数表 + 字节码 + 数据段
  * - codegen_project         对外入口
@@ -68,38 +68,6 @@ namespace {
         }
     }
 
-    /**
-     * @brief 按 2 的幂宽度向上对齐
-     * @param v 当前偏移
-     * @param w 对齐宽度（1/2/8）
-     * @return 对齐后的偏移
-     */
-    uint32_t align_up(uint32_t v, uint32_t w) {
-        return (v + w - 1) & ~(w - 1);
-    }
-
-    /**
-     * @brief 类型名 → 槽宽（对齐规则见 Doc/isa/指令与映像.md）
-     * @param name "bool" / "int" / "time"
-     * @return 1 / 2 / 8；未知返回 1
-     */
-    uint32_t width_of(const std::string& name) {
-        if (name == "int") return 2;
-        if (name == "time") return 8;
-        return 1;  // bool 及未知
-    }
-
-    /**
-     * @brief TypeKind → 槽宽（FB 字段布局用）
-     * @param k 类型种类
-     * @return 1 / 2 / 8；未知返回 1
-     */
-    uint32_t width_of(TypeKind k) {
-        if (k == TypeKind::Int) return 2;
-        if (k == TypeKind::Time) return 8;
-        return 1;
-    }
-
     /**
      * @brief 代码生成器（切片 1）
      */
@@ -274,9 +242,6 @@ namespace {
                     if (d.type.kind == TypeKind::FbUser || d.type.kind == TypeKind::FbBuiltin) {
                         continue;
                     }
-                    if (r > 255) {
-                        return fail("register overflow in function '" + pou.name + "'");
-                    }
                     f->regs[d.name] = r++;
                 }
             }
@@ -692,8 +657,8 @@ namespace {
                 case BinOp::Le: return isa::Op::CMP_LE;
                 case BinOp::Gt: return isa::Op::CMP_GT;
                 case BinOp::Ge: return isa::Op::CMP_GE;
+                default: return isa::Op::CMP_EQ;  // Add/Sub/Mul/Div 不经此函数
             }
-            return isa::Op::CMP_EQ;
         }
 
         /**
@@ -715,58 +680,56 @@ namespace {
         }
 
         /**
-         * @brief 逻辑槽号 → 数据区字节偏移（layout_data 先行）
+         * @brief 逻辑槽号（符号表 address）即指令 slot（方案 a：8 字节定宽，无映射）
-         * @param slot 全局逻辑槽号（符号表 address）
+         * @param slot 全局逻辑槽号
-         * @return 数据区字节偏移（u16 可容）
+         * @return 同值（u16 可容，layout_data 已校验）
          */
         uint16_t global_offset(uint32_t slot) const {
-            return static_cast<uint16_t>(global_offsets_[slot]);
+            return static_cast<uint16_t>(slot);
         }
 
         /**
-         * @brief 布局全局数据区：对齐 + 初值字节
+         * @brief 布局全局数据区：每槽 8 字节定宽（方案 a）
-         * @details 槽序 = 声明序（12.6）；对齐规则 BOOL 1B / INT 2B / TIME 8B，
+         * @details 槽号 = 符号表 address（声明序，12.6）；
-         * 起点对齐自身宽度；初值取自 GVL 声明的 has_init（无则 0）
+         * BOOL 用低 1 字节、INT 用低 2 字节（小端）、TIME 全 8 字节；
-         * @return true 成功；false（槽溢出等，err 已写）
+         * 初值取自 GVL 声明的 has_init（无则 0）
+         * @return true 成功；false（槽号越界，err 已写）
          */
         bool layout_data() {
-            uint32_t cur = 0;
             for (const Symbol& s : link_.globals) {
-                const uint32_t w = width_of(s.type_name);
+                if (s.address > 0xFFFF) {
-                cur = align_up(cur, w);
-                if (cur + w > 0xFFFF) {
                     return fail("data area exceeds slot range");
                 }
-                global_offsets_.push_back(cur);
                 bool has_init = false;
                 int64_t init = 0;
                 init_of(s.name, &has_init, &init);
-                data_.resize(cur + w, 0);
+                const int64_t v = has_init ? init : 0;
-                if (s.type_name == "bool") {
+                const size_t off = static_cast<size_t>(s.address) * 8;
-                    data_[cur] = static_cast<uint8_t>(has_init ? init : 0);
+                data_.resize(off + 8, 0);
-                } else if (s.type_name == "int") {
+                if (s.type_name == "int") {
-                    const uint16_t v = static_cast<uint16_t>(has_init ? init : 0);
+                    const uint16_t iv = static_cast<uint16_t>(v);
-                    data_[cur] = static_cast<uint8_t>(v & 0xFFu);
+                    data_[off] = static_cast<uint8_t>(iv & 0xFFu);
-                    data_[cur + 1] = static_cast<uint8_t>((v >> 8) & 0xFFu);
+                    data_[off + 1] = static_cast<uint8_t>((iv >> 8) & 0xFFu);
                 } else if (s.type_name == "time") {
-                    const uint64_t v = static_cast<uint64_t>(has_init ? init : 0);
+                    const uint64_t tv = static_cast<uint64_t>(v);
                     for (int i = 0; i < 8; ++i) {
-                        data_[cur + i] = static_cast<uint8_t>((v >> (8 * i)) & 0xFFu);
+                        data_[off + i] = static_cast<uint8_t>((tv >> (8 * i)) & 0xFFu);
                     }
+                } else {  // bool
+                    data_[off] = v ? 1 : 0;
                 }
-                cur += w;
             }
             return true;
         }
 
         /**
          * @brief 布局 FB 实例块：数据区全局之后，按 POU 收集序 / 实例声明序
-         * @details 每实例：字段按布局段序对齐排布（BOOL 1 / INT 2 / TIME 8），
+         * @details 每实例：字段按布局段序各占一槽（8 字节定宽），
-         * 字段地址 = 实例基址 + 字段偏移；实例块间 8 字节对齐，块内容初值 0
+         * 字段地址 = 实例基槽 + 字段序号；实例基槽 = 累计槽数
          * @return true 成功；false（err 已写）
          */
         bool layout_fb_instances() {
-            uint32_t cur = align_up(static_cast<uint32_t>(data_.size()), 8);
+            uint32_t cur = static_cast<uint32_t>(data_.size() / 8);  // 槽号起点
             bool any = false;
             for (const LinkResult::PouScope& sc : link_.scopes) {
                 for (const Symbol& s : sc.syms) {
@@ -777,27 +740,20 @@ namespace {
                     if (lay == sc.fb_instances.end()) {
                         return fail("no layout for instance '" + s.name + "'");
                     }
-                    cur = align_up(cur, 8);
                     InstFields inst;
-                    inst.base = cur;
+                    inst.base = cur;  // 实例基槽（CAL_* 操作数）
                     inst.type_name = s.type_name;
-                    uint32_t off = 0;
+                    for (size_t i = 0; i < lay->second.fields.size(); ++i) {
-                    for (const FbField& fd : lay->second.fields) {
+                        inst.field_addr[lay->second.fields[i].name] = cur + i;
-                        const uint32_t w = width_of(fd.type);
-                        off = align_up(off, w);
-                        inst.field_addr[fd.name] = cur + off;
-                        off += w;
                     }
-                    cur += align_up(off, 8);
+                    cur += static_cast<uint32_t>(lay->second.fields.size());
                     instances_[sc.name + "/" + s.name] = inst;
                     any = true;
                 }
             }
             // 仅在有实例时把数据区补到实例区终点（无实例则保持全局区原样）
             if (any) {
-                while (data_.size() < cur) {
+                data_.resize(static_cast<size_t>(cur) * 8, 0);
-                    data_.push_back(0);
-                }
             }
             return true;
         }
@@ -945,9 +901,8 @@ namespace {
         std::vector<isa::ConstEntry> consts_;
         std::map<std::string, bool> io_input_;    // io.input 绑定名（小写）
         std::map<std::string, bool> io_output_;   // io.output 绑定名（小写）
-        std::vector<uint32_t> global_offsets_;    // 逻辑槽号 → 数据区字节偏移
+        std::vector<uint8_t> data_;               // 数据区（8 字节定宽槽：全局 + FB 实例块）
-        std::vector<uint8_t> data_;               // 数据区（全局初值 + FB 实例块）
+        std::map<std::string, InstFields> instances_;  // "POU/实例名" → 字段槽号
-        std::map<std::string, InstFields> instances_;  // "POU/实例名" → 字段地址
         const InstFields* inline_fields_ = nullptr;    // 内联 FB 体字段上下文（可空）
     };
 

isa/include/isa/Image.h

@@ -77,6 +77,8 @@ namespace isa {
     // 只读视图：校验过的映像
     class ImageView {
     public:
+        // 默认构造为无效态（ok() == false，error() == "uninitialized"）
+        ImageView();
         static ImageView from(const uint8_t* buf, size_t len);
         static ImageView from(const std::vector<uint8_t>& buf);
 
@@ -96,7 +98,7 @@ namespace isa {
         size_t data_len() const;            // 字节数
 
     private:
-        ImageView();
+        // 私有成员与内部构造辅助（from 使用）
 
         const uint8_t* buf_;
         size_t len_;

tests/CMakeLists.txt

@@ -78,3 +78,14 @@ target_compile_definitions(codegen_test PRIVATE
 
 add_test(NAME codegen_slice1
          COMMAND codegen_test)
+
+# VM 测试：手工映像 + 编译器产物 + 定时器 + 确定性（REPO_ROOT 注入源目录绝对路径）
+add_executable(vm_test
+               ./src/vm_test.cpp)
+
+target_link_libraries(vm_test PRIVATE compiler vm)
+target_compile_definitions(vm_test PRIVATE
+                           REPO_ROOT="${CMAKE_SOURCE_DIR}")
+
+add_test(NAME vm_cycles
+         COMMAND vm_test)

tests/src/codegen_test.cpp

@@ -174,7 +174,7 @@ static bool test_case09() {
     const isa::ImageView v = isa::ImageView::from(img);
     CHECK(v.ok());
     CHECK(v.header().n_globals == 1);
-    CHECK(v.data_len() == 2);                       // INT 2 字节
+    CHECK(v.data_len() == 8);                       // 8 字节定宽槽
     CHECK(v.data_bytes()[0] == 5);                  // G1 初值 5（小端低位）
     CHECK(v.data_bytes()[1] == 0);
 
@@ -248,14 +248,14 @@ static bool test_layout() {
     const isa::ImageView v = isa::ImageView::from(img);
     CHECK(v.ok());
     CHECK(v.header().n_globals == 3);
-    CHECK(v.data_len() == 16);                      // 0 + 2 + 8（对齐）= 16
+    CHECK(v.data_len() == 24);                      // 3 槽 × 8 字节定宽
     CHECK(v.data_bytes()[0] == 0);                  // B 无初值
-    CHECK(v.data_bytes()[2] == 0x2C && v.data_bytes()[3] == 0x01);  // I = 300
+    CHECK(v.data_bytes()[8] == 0x2C && v.data_bytes()[9] == 0x01);  // I = 300（槽 1）
-    CHECK(v.data_bytes()[8] == 10);                 // T = 10ms
+    CHECK(v.data_bytes()[16] == 10);                // T = 10ms（槽 2）
 
     char buf[64];
     isa::disasm(reinterpret_cast<const uint32_t*>(v.code_bytes())[0], buf, sizeof buf);
-    CHECK(std::strcmp(buf, "LOAD_GLOBAL r8, 2") == 0);  // x := I（INT 偏移 2）
+    CHECK(std::strcmp(buf, "LOAD_GLOBAL r8, 1") == 0);  // x := I（槽 1）
     return true;
 }
 
@@ -552,7 +552,7 @@ static bool test_case15() {
     CHECK(v.ok());
     CHECK(v.header().n_funcs == 2);   // FB 占位 + MAIN
     CHECK(v.header().entry_fn_id == 1);
-    CHECK(v.data_len() == 8);         // 实例 3B（start@0 stop@1 q@2），8 对齐
+    CHECK(v.data_len() == 24);        // 实例 3 槽 × 8 字节定宽
 
     const isa::FuncRow fm = v.func_row(1);
     CHECK(fm.nregs == 12);
@@ -602,11 +602,11 @@ static bool test_case17() {
     isa::disasm(ins[2], buf, sizeof buf);
     CHECK(std::strcmp(buf, "LOADK r10, 1") == 0);
     isa::disasm(ins[3], buf, sizeof buf);
-    CHECK(std::strcmp(buf, "STORE_GLOBAL r10, 8") == 0);  // pt（TIME 8 对齐）
+    CHECK(std::strcmp(buf, "STORE_GLOBAL r10, 1") == 0);  // pt（槽 1）
     isa::disasm(ins[4], buf, sizeof buf);
     CHECK(std::strcmp(buf, "CAL_TON 0") == 0);
     isa::disasm(ins[5], buf, sizeof buf);
-    CHECK(std::strcmp(buf, "LOAD_GLOBAL r8, 16") == 0);   // t.Q
+    CHECK(std::strcmp(buf, "LOAD_GLOBAL r8, 2") == 0);    // t.Q（槽 2）
     return true;
 }
 
@@ -619,7 +619,7 @@ static bool test_case18() {
 
     const isa::ImageView v = isa::ImageView::from(img);
     CHECK(v.ok());
-    CHECK(v.data_len() == 40);  // tf 块 0..31（in@0 pt@8 q@16 et@24）、c 块 32..
+    CHECK(v.data_len() == 72);  // tf 4 槽 + c 5 槽 = 9 槽 × 8
     const isa::FuncRow r = v.func_row(0);
     CHECK(r.nregs == 14);
     const uint32_t* ins = reinterpret_cast<const uint32_t*>(v.code_bytes());
@@ -627,11 +627,11 @@ static bool test_case18() {
     isa::disasm(ins[4], buf, sizeof buf);
     CHECK(std::strcmp(buf, "CAL_TOF 0") == 0);
     isa::disasm(ins[12], buf, sizeof buf);
-    CHECK(std::strcmp(buf, "CAL_CTU 32") == 0);
+    CHECK(std::strcmp(buf, "CAL_CTU 4") == 0);
     isa::disasm(ins[13], buf, sizeof buf);
-    CHECK(std::strcmp(buf, "LOAD_GLOBAL r9, 36") == 0);  // c.Q
+    CHECK(std::strcmp(buf, "LOAD_GLOBAL r9, 7") == 0);   // c.Q（槽 7）
     isa::disasm(ins[14], buf, sizeof buf);
-    CHECK(std::strcmp(buf, "LOAD_GLOBAL r10, 38") == 0);  // c.CV（INT 2 对齐）
+    CHECK(std::strcmp(buf, "LOAD_GLOBAL r10, 8") == 0);   // c.CV（槽 8）
     return true;
 }
 
@@ -660,7 +660,7 @@ static bool test_line1() {
     CHECK(v.header().n_globals == 4);
     CHECK(v.header().n_funcs == 2);
     CHECK(v.header().entry_fn_id == 1);
-    CHECK(v.data_len() == 16);  // 全局 4B + 实例块 8..10（8 对齐）
+    CHECK(v.data_len() == 56);  // 7 槽 × 8 字节定宽
 
     const isa::FuncRow fm = v.func_row(1);
     CHECK(fm.nregs == 13);
@@ -670,15 +670,15 @@ static bool test_line1() {
     isa::disasm(im[0], buf, sizeof buf);
     CHECK(std::strcmp(buf, "LOAD_I r8, 1") == 0);      // I0_0（io.input）
     isa::disasm(im[1], buf, sizeof buf);
-    CHECK(std::strcmp(buf, "STORE_GLOBAL r8, 8") == 0); // starter.start
+    CHECK(std::strcmp(buf, "STORE_GLOBAL r8, 4") == 0); // starter.start（槽 4）
     isa::disasm(im[2], buf, sizeof buf);
     CHECK(std::strcmp(buf, "LOAD_GLOBAL r9, 2") == 0);  // I0_1
     isa::disasm(im[3], buf, sizeof buf);
-    CHECK(std::strcmp(buf, "STORE_GLOBAL r9, 9") == 0); // starter.stop
+    CHECK(std::strcmp(buf, "STORE_GLOBAL r9, 5") == 0); // starter.stop（槽 5）
     isa::disasm(im[13], buf, sizeof buf);
-    CHECK(std::strcmp(buf, "STORE_GLOBAL r8, 10") == 0); // starter.Q
+    CHECK(std::strcmp(buf, "STORE_GLOBAL r8, 6") == 0);  // starter.Q（槽 6）
     isa::disasm(im[14], buf, sizeof buf);
-    CHECK(std::strcmp(buf, "LOAD_GLOBAL r8, 10") == 0);  // starter.Q 读回
+    CHECK(std::strcmp(buf, "LOAD_GLOBAL r8, 6") == 0);   // starter.Q 读回
     isa::disasm(im[15], buf, sizeof buf);
     CHECK(std::strcmp(buf, "STORE_Q r8, 3") == 0);       // Q0_0（io.output）
     isa::disasm(im[16], buf, sizeof buf);

tests/src/vm_test.cpp

@@ -0,0 +1,440 @@
+/**
+ * @file vm_test.cpp
+ * @brief VM 测试（12.9）：手工映像 + 编译器产物 + 定时器 + 确定性
+ * @author 
+ * @date 2026-08-21
+ */
+
+#include <cstdio>
+#include <cstring>
+#include <string>
+#include <vector>
+
+#include "compiler/Codegen.h"
+#include "compiler/Linker.h"
+#include "compiler/Project.h"
+#include "compiler/Typecheck.h"
+#include "isa/Encode.h"
+#include "isa/Image.h"
+#include "isa/Instr.h"
+#include "isa/Op.h"
+#include "vm/Machine.h"
+
+#ifndef REPO_ROOT
+#define REPO_ROOT "."
+#endif
+
+static int g_checks = 0;
+
+#define CHECK(cond)                                                     \
+    do {                                                                \
+        if (!(cond)) {                                                  \
+            std::printf("FAIL %s:%d: %s\n", __FILE__, __LINE__, #cond); \
+            return false;                                               \
+        }                                                               \
+        ++g_checks;                                                     \
+    } while (0)
+
+// ---- 数据区槽访问 ----
+
+static int64_t slot(const vm::Machine& m, int s) {
+    int64_t v = 0;
+    for (int i = 0; i < 8; ++i) {
+        v |= static_cast<int64_t>(m.data()[s * 8 + i]) << (8 * i);
+    }
+    return v;
+}
+
+static void wslot(vm::Machine& m, int s, int64_t v) {
+    for (int i = 0; i < 8; ++i) {
+        m.data()[s * 8 + i] = static_cast<uint8_t>((v >> (8 * i)) & 0xFF);
+    }
+}
+
+// ---- 编译器产物全链路（编译 → 建机 → 跑周期）----
+
+static bool make_machine(const char* dir, vm::Machine* m, std::string* err) {
+    using namespace compiler;
+    const std::string toml = std::string(REPO_ROOT) + "/" + dir + "/project.toml";
+    Project p;
+    if (!parse_project(toml, &p, err)) {
+        return false;
+    }
+    std::vector<SourceUnit> units;
+    for (const std::string& f : compile_files(p)) {
+        SourceUnit u;
+        if (!load_unit(p.base_dir + "/" + f, &u, err)) {
+            return false;
+        }
+        units.push_back(std::move(u));
+    }
+    LinkResult link;
+    if (!link_project(p, units, &link, err)) {
+        return false;
+    }
+    if (!check_project(p, units, link, err)) {
+        return false;
+    }
+    std::vector<uint8_t> img;
+    if (!codegen_project(p, units, link, &img, err)) {
+        return false;
+    }
+    return vm::Machine::create(img, m, err);
+}
+
+// ---- 手工拼映像 ----
+
+struct HFunc {
+    std::vector<isa::Instr> code;
+    uint32_t nregs = 8;
+};
+
+static std::vector<uint8_t> hand_image(const std::vector<isa::ConstEntry>& consts,
+                                       const std::vector<HFunc>& funcs,
+                                       uint32_t entry = 0,
+                                       uint32_t cycle_limit = 100000,
+                                       const std::vector<uint8_t>& data = {}) {
+    size_t code_total = 0;
+    for (const HFunc& f : funcs) {
+        code_total += f.code.size() * 4;
+    }
+    const uint32_t off_const = 72;
+    const uint32_t off_funcs = off_const + static_cast<uint32_t>(consts.size()) * 12;
+    const uint32_t off_code = off_funcs + static_cast<uint32_t>(funcs.size()) * 12;
+    const uint32_t off_data = off_code + static_cast<uint32_t>(code_total);
+    const uint32_t off_end = off_data + static_cast<uint32_t>(data.size());
+
+    std::vector<uint8_t> b(off_end, 0);
+    auto put32 = [&](size_t o, uint32_t v) {
+        b[o + 0] = static_cast<uint8_t>(v & 0xFFu);
+        b[o + 1] = static_cast<uint8_t>((v >> 8) & 0xFFu);
+        b[o + 2] = static_cast<uint8_t>((v >> 16) & 0xFFu);
+        b[o + 3] = static_cast<uint8_t>((v >> 24) & 0xFFu);
+    };
+    auto put64 = [&](size_t o, uint64_t v) {
+        for (int i = 0; i < 8; ++i) {
+            b[o + i] = static_cast<uint8_t>((v >> (8 * i)) & 0xFFu);
+        }
+    };
+    put32(0, isa::kMagic);
+    put32(4, isa::kVersion);
+    put32(8, cycle_limit);
+    put32(12, 10);  // dt_ms
+    put32(24, entry);
+    put32(44, static_cast<uint32_t>(consts.size()));
+    put32(48, static_cast<uint32_t>(funcs.size()));
+    put32(52, off_const);
+    put32(56, off_funcs);
+    put32(60, off_code);
+    put32(64, off_data);
+    put32(68, off_data);
+
+    for (size_t i = 0; i < consts.size(); ++i) {
+        const size_t o = off_const + i * 12;
+        put32(o, static_cast<uint32_t>(consts[i].tag));
+        put64(o + 4, consts[i].value);
+    }
+    size_t acc = 0;
+    for (size_t i = 0; i < funcs.size(); ++i) {
+        const size_t o = off_funcs + i * 12;
+        put32(o, funcs[i].nregs);
+        put32(o + 4, static_cast<uint32_t>(acc));
+        put32(o + 8, static_cast<uint32_t>(funcs[i].code.size()));
+        acc += funcs[i].code.size() * 4;
+    }
+    size_t c = off_code;
+    for (const HFunc& f : funcs) {
+        for (const isa::Instr in : f.code) {
+            put32(c, in);
+            c += 4;
+        }
+    }
+    for (size_t i = 0; i < data.size(); ++i) {
+        b[off_data + i] = data[i];
+    }
+    return b;
+}
+
+// ---- 1. 手工映像：标量 + 跳转 + 数据区 ----
+
+static bool test_hand_scalar() {
+    // r8 := 5；r9 := r8 + 3；槽 0 ← r9；槽 1 → r10；JT 跳过一条
+    const std::vector<isa::ConstEntry> consts = {
+        {isa::types::Int, 5},
+        {isa::types::Int, 3},
+        {isa::types::Int, 1},
+    };
+    const std::vector<HFunc> funcs = {{
+        {
+            isa::enc_imm(isa::Op::LOADK, 8, 0),
+            isa::enc_rr(isa::Op::MOVE, 9, 8),
+            isa::enc_imm(isa::Op::LOADK, 11, 1),
+            isa::enc_rrr(isa::Op::ADD, 9, 9, 11),
+            isa::enc_slot(isa::Op::STORE_GLOBAL, 9, 0),
+            isa::enc_slot(isa::Op::LOAD_GLOBAL, 10, 0),
+            isa::enc_jc(isa::Op::JT, 9, 1),  // r9≠0 → 跳过下一条
+            isa::enc_imm(isa::Op::LOADK, 10, 2),
+            isa::enc_ret(),
+        },
+        12,
+    }};
+    const std::vector<uint8_t> img = hand_image(consts, funcs, 0, 100000,
+                                                std::vector<uint8_t>(16, 0));  // 2 槽
+    vm::Machine m;
+    std::string err;
+    CHECK(vm::Machine::create(img, &m, &err));
+    CHECK(m.run_cycle() == vm::Fault::None);
+    CHECK(m.reg(8) == 5);
+    CHECK(m.reg(9) == 8);         // 5 + 3
+    CHECK(slot(m, 0) == 8);       // 槽 0 收到 8
+    CHECK(m.reg(10) == 8);        // 槽 1 读回（JT 跳过覆盖）
+    CHECK(m.cycle_count() == 8);
+    return true;
+}
+
+// ---- 2. 手工映像：CALL/RET 帧复制 ----
+
+static bool test_hand_call() {
+    // fn0（入口）：r8=5、r2=7、实参 r1←r8；CALL 1；结果 r0 → r8
+    // fn1：r0 = r1 + r2（r1/r2 来自调用约定区复制）
+    const std::vector<isa::ConstEntry> consts = {
+        {isa::types::Int, 5},
+        {isa::types::Int, 7},
+    };
+    const std::vector<HFunc> funcs = {
+        {{
+             isa::enc_imm(isa::Op::LOADK, 8, 0),
+             isa::enc_imm(isa::Op::LOADK, 2, 1),
+             isa::enc_rr(isa::Op::MOVE, 1, 8),
+             isa::enc_call(1),
+             isa::enc_rr(isa::Op::MOVE, 8, 0),
+             isa::enc_ret(),
+         },
+         12},
+        {{
+             isa::enc_rrr(isa::Op::ADD, 0, 1, 2),
+             isa::enc_ret(),
+         },
+         10},
+    };
+    const std::vector<uint8_t> img = hand_image(consts, funcs);
+    vm::Machine m;
+    std::string err;
+    CHECK(vm::Machine::create(img, &m, &err));
+    CHECK(m.run_cycle() == vm::Fault::None);
+    CHECK(m.reg(8) == 12);  // 5 + 7
+    CHECK(m.call_depth() == 1);
+    return true;
+}
+
+// ---- 3. 手工映像：自调用 → StackOverflow ----
+
+static bool test_stack_overflow() {
+    const std::vector<HFunc> funcs = {{
+        {
+            isa::enc_call(0),
+            isa::enc_ret(),
+        },
+        8,
+    }};
+    const std::vector<uint8_t> img = hand_image({}, funcs);
+    vm::Machine m;
+    std::string err;
+    CHECK(vm::Machine::create(img, &m, &err));
+    CHECK(m.run_cycle() == vm::Fault::StackOverflow);
+    CHECK(m.call_depth() == 1);  // 周期结束已清栈（留 MAIN）
+    return true;
+}
+
+// ---- 4. 手工映像：越界槽 → BadSlot ----
+
+static bool test_bad_slot() {
+    const std::vector<HFunc> funcs = {{
+        {
+            isa::enc_slot(isa::Op::STORE_GLOBAL, 8, 60000),  // 数据区 0 字节
+            isa::enc_ret(),
+        },
+        12,
+    }};
+    const std::vector<uint8_t> img = hand_image({}, funcs);
+    vm::Machine m;
+    std::string err;
+    CHECK(vm::Machine::create(img, &m, &err));
+    CHECK(m.run_cycle() == vm::Fault::BadSlot);
+    return true;
+}
+
+// ---- 5. 编译器产物正例 ----
+
+static bool test_cases_positive() {
+    std::string err;
+    vm::Machine m;
+
+    // 01 空 MAIN
+    CHECK(make_machine("tests/cases/01_empty_main", &m, &err));
+    CHECK(m.run_cycle() == vm::Fault::None);
+
+    // 02 BOOL 赋值：a=TRUE(r8) b=FALSE(r9)
+    CHECK(make_machine("tests/cases/02_bool_assign", &m, &err));
+    CHECK(m.run_cycle() == vm::Fault::None);
+    CHECK(m.reg(8) == 1 && m.reg(9) == 0);
+
+    // 03 短路：a=0 b=0 → x=0
+    CHECK(make_machine("tests/cases/03_short_circuit", &m, &err));
+    CHECK(m.run_cycle() == vm::Fault::None);
+    CHECK(m.reg(10) == 0);
+
+    // 04 IF：sel=0 → out=10
+    CHECK(make_machine("tests/cases/04_if_elsif_else", &m, &err));
+    CHECK(m.run_cycle() == vm::Fault::None);
+    CHECK(m.reg(9) == 10);
+
+    // 05 WHILE：n=10
+    CHECK(make_machine("tests/cases/05_while_normal", &m, &err));
+    CHECK(m.run_cycle() == vm::Fault::None);
+    CHECK(m.reg(8) == 10);
+
+    // 07 算术：a=42 b=10 c=32 eq=1
+    CHECK(make_machine("tests/cases/07_int_arith", &m, &err));
+    CHECK(m.run_cycle() == vm::Fault::None);
+    CHECK(m.reg(8) == 42 && m.reg(9) == 10 && m.reg(10) == 32 && m.reg(11) == 1);
+
+    // 08 TIME 字面量：t1=10 t2=1250
+    CHECK(make_machine("tests/cases/08_time_literal", &m, &err));
+    CHECK(m.run_cycle() == vm::Fault::None);
+    CHECK(m.reg(8) == 10 && m.reg(9) == 1250);
+
+    // 09 GVL + EXTERNAL：x = G1 初值 5（槽 0）
+    CHECK(make_machine("tests/cases/09_gvl_external", &m, &err));
+    CHECK(m.run_cycle() == vm::Fault::None);
+    CHECK(m.reg(8) == 5);
+
+    // 13 FUNCTION：x = Add(3,4) = 7
+    CHECK(make_machine("tests/cases/13_function_call", &m, &err));
+    CHECK(m.run_cycle() == vm::Fault::None);
+    CHECK(m.reg(8) == 7);
+
+    // 15 FB 内联：starter(start=TRUE, stop=FALSE) → q=TRUE
+    CHECK(make_machine("tests/cases/15_fb_instance", &m, &err));
+    CHECK(m.run_cycle() == vm::Fault::None);
+    CHECK(m.reg(8) == 1);
+
+    // 17 TON：dt=10、pt=30，in 恒真 → 第 3 周期 q=1（槽 2）
+    CHECK(make_machine("tests/cases/17_ton", &m, &err));
+    m.run_cycle();
+    m.run_cycle();
+    CHECK(m.run_cycle() == vm::Fault::None);
+    CHECK(slot(m, 2) == 1);  // t.Q
+    CHECK(slot(m, 3) == 30); // t.ET
+
+    // 18 TOF/CTU：跑一个周期无故障
+    CHECK(make_machine("tests/cases/18_tof_ctu", &m, &err));
+    CHECK(m.run_cycle() == vm::Fault::None);
+
+    // 20 line1：I 组合 → Q0_0 真值表（槽 0=急停 1=I0_0 2=I0_1 3=Q0_0）
+    CHECK(make_machine("tests/cases/20_line1", &m, &err));
+    struct {
+        int start, stop, es, expect;
+    } table[] = {
+        {1, 0, 0, 1},
+        {1, 1, 0, 0},
+        {0, 0, 0, 0},
+        {1, 0, 1, 0},
+    };
+    for (const auto& t : table) {
+        wslot(m, 0, t.es);
+        wslot(m, 1, t.start);
+        wslot(m, 2, t.stop);
+        CHECK(m.run_cycle() == vm::Fault::None);
+        CHECK(slot(m, 3) == t.expect);
+    }
+    return true;
+}
+
+// ---- 6. 用例 06：cycle_limit 打满 ----
+
+static bool test_cycle_limit() {
+    std::string err;
+    vm::Machine m;
+    CHECK(make_machine("tests/cases/06_while_cycle_limit", &m, &err));
+    CHECK(m.run_cycle() == vm::Fault::CycleLimit);
+    return true;
+}
+
+// ---- 7. 确定性：同一 I 序列跑两遍，数据区一致 ----
+
+static bool test_determinism() {
+    std::string err;
+    vm::Machine a, b;
+    CHECK(make_machine("tests/cases/20_line1", &a, &err));
+    CHECK(make_machine("tests/cases/20_line1", &b, &err));
+    const int seq[4][3] = {{1, 0, 0}, {1, 1, 0}, {0, 0, 0}, {1, 0, 1}};
+    for (int rep = 0; rep < 2; ++rep) {
+        vm::Machine& m = rep ? b : a;
+        for (const auto& s : seq) {
+            wslot(m, 0, s[2]);
+            wslot(m, 1, s[0]);
+            wslot(m, 2, s[1]);
+            CHECK(m.run_cycle() == vm::Fault::None);
+        }
+    }
+    // 两遍结束：数据区逐字节一致（含 starter 实例状态）
+    CHECK(a.data_len() == b.data_len());
+    for (size_t i = 0; i < a.data_len(); ++i) {
+        if (a.data()[i] != b.data()[i]) {
+            std::printf("FAIL determinism byte %zu: %d vs %d\n", i, a.data()[i], b.data()[i]);
+            return false;
+        }
+    }
+    ++g_checks;
+    return true;
+}
+
+// ---- 8. step 单步：停在指令边界 ----
+
+static bool test_step() {
+    std::string err;
+    vm::Machine m;
+    CHECK(make_machine("tests/cases/02_bool_assign", &m, &err));
+    // 3 条指令：LOADK ×2 + RET
+    CHECK(m.step());
+    CHECK(m.cycle_count() == 1 && m.reg(8) == 1);
+    CHECK(m.step());
+    CHECK(m.cycle_count() == 2 && m.reg(9) == 0);
+    CHECK(!m.step());  // RET → 周期结束
+    CHECK(m.cycle_count() == 3);
+    CHECK(!m.step());  // 结束后不再执行
+    return true;
+}
+
+// ---- 9. 手工映像：坏常量 id → BadConst ----
+
+static bool test_bad_const() {
+    const std::vector<HFunc> funcs = {{
+        {
+            isa::enc_imm(isa::Op::LOADK, 8, 99),  // 常量表为空
+            isa::enc_ret(),
+        },
+        12,
+    }};
+    const std::vector<uint8_t> img = hand_image({}, funcs);
+    vm::Machine m;
+    std::string err;
+    CHECK(vm::Machine::create(img, &m, &err));
+    CHECK(m.run_cycle() == vm::Fault::BadConst);
+    return true;
+}
+
+int main() {
+    if (!test_hand_scalar()) return 1;
+    if (!test_hand_call()) return 1;
+    if (!test_stack_overflow()) return 1;
+    if (!test_bad_slot()) return 1;
+    if (!test_cases_positive()) return 1;
+    if (!test_cycle_limit()) return 1;
+    if (!test_determinism()) return 1;
+    if (!test_step()) return 1;
+    if (!test_bad_const()) return 1;
+    std::printf("vm_test: %d checks passed\n", g_checks);
+    return 0;
+}

vm/include/vm/Machine.h

@@ -0,0 +1,115 @@
+/**
+ * @file Machine.h
+ * @brief 寄存器虚拟机（12.9）
+ * @author 
+ * @date 2026-08-21
+ *
+ * @details 设计说明（详见 Doc/vm/扫描周期.md 与 Doc/vm/指令执行.md）：
+ * - 只认 isa 映像（ImageView）；无 GC、无堆、无线程
+ * - 扫描周期：MAIN pc=0 → RET；MAIN 帧跨周期保留，调用栈深度上限 64
+ * - 帧：{ fn_id, regs[nregs], ret_pc, ret_fn_id }；CALL 压帧复制 r0..r7，
+ *   RET 复制回调用方（r0=结果）
+ * - 数据区：8 字节定宽槽（方案 a），指令 slot = 槽号，偏移 = slot × 8
+ * - 可观察性（v1 预留）：step / pc / fn_id / cycle_count / call_depth / reg
+ */
+
+#pragma once
+
+#include <cstdint>
+#include <string>
+#include <vector>
+
+#include "isa/Image.h"
+
+namespace vm {
+
+    // 周期/指令故障
+    enum class Fault {
+        None,          // 正常
+        CycleLimit,    // 本周期指令数超过映像头 cycle_limit（用例 6）
+        StackOverflow, // 调用栈深度超过 64
+        BadOp,         // 非法操作码（op ≥ 29）
+        BadSlot,       // slot × 8 + 8 越出数据区
+        BadConst,      // const_id 越出常量表
+    };
+
+    class Machine {
+    public:
+        /**
+         * @brief 从映像字节构建机器（校验 + 拷贝数据段 + 建 MAIN 帧）
+         * @param image .stb 映像字节
+         * @param out 输出 Machine（未初始化）
+         * @param err 错误输出；可为 nullptr（静默）
+         * @return true 成功；false（映像非法，err 已写）
+         */
+        static bool create(const std::vector<uint8_t>& image, Machine* out,
+                           std::string* err);
+
+        /**
+         * @brief 跑一个扫描周期：MAIN pc=0 执行到 RET
+         * @return 故障（None = 正常完成）；调用栈清空但 MAIN 帧保留
+         */
+        Fault run_cycle();
+
+        // ---- 可观察性（v1 预留，12.11 供单步/回放/TUI）----
+
+        /**
+         * @brief 执行一条指令，停在指令边界
+         * @return true 继续；false 周期结束（MAIN 的 RET）或发生故障
+         */
+        bool step();
+
+        /** @brief 最近一次故障（step 返回 false 后查询） */
+        Fault fault() const;
+
+        /** @brief 当前指令下标（相对当前函数字节码段） */
+        uint32_t pc() const;
+
+        /** @brief 当前函数 fn_id */
+        uint32_t fn_id() const;
+
+        /** @brief 本周期已执行指令数 */
+        uint32_t cycle_count() const;
+
+        /** @brief 调用栈深度（MAIN 帧 = 1） */
+        uint32_t call_depth() const;
+
+        /** @brief 数据区（I 采样写入 / Q 读回由外部做；8 字节定宽槽） */
+        uint8_t* data();
+        const uint8_t* data() const;
+
+        /** @brief 数据区字节数 */
+        size_t data_len() const;
+
+        /** @brief 当前帧寄存器值（i < nregs） */
+        int64_t reg(uint8_t i) const;
+
+    private:
+        struct Frame {
+            uint32_t fn_id = 0;             // 本帧函数
+            std::vector<int64_t> regs;      // 寄存器文件（大小 = 函数头 nregs）
+            uint32_t ret_pc = 0;            // CALL 的下一条（非 MAIN 帧有意义）
+            uint32_t ret_fn_id = 0;         // 返回目标函数
+        };
+
+        isa::ImageView image_;              // 映像只读视图
+        std::vector<uint8_t> data_;         // 数据区工作副本（8 字节定宽槽）
+        std::vector<Frame> frames_;         // 调用栈（[0] = MAIN，跨周期保留）
+        std::vector<uint8_t> ctu_prev_;     // CTU 上次 cu（按实例基槽索引，12.9 步骤 4）
+        uint32_t pc_ = 0;                   // 当前 pc（相对本帧函数字节码段）
+        uint32_t cycle_count_ = 0;          // 本周期指令数
+        Fault fault_ = Fault::None;         // 最近一次故障
+        bool ended_ = false;                // step 后周期是否已结束
+
+        Frame& cur_frame();
+        const Frame& cur_frame() const;
+        bool exec_one();                    // 译码执行一条（12.9 步骤 2/3/4 填充）
+        Fault do_call(uint32_t fn_id);      // 压帧；BadFn 用 BadOp 表示
+        Fault do_ret();                     // 弹帧 / 周期结束
+        Fault do_cal(uint8_t op, uint16_t slot);  // TON/TOF/CTU（12.9 步骤 4）
+
+        // 数据区槽读写（8 字节定宽；越界返回 false）
+        bool slot_get(uint16_t slot, int64_t* out) const;
+        bool slot_set(uint16_t slot, int64_t v);
+    };
+}

vm/src/Machine.cpp

@@ -1,8 +1,400 @@
 /**
  * @file Machine.cpp
- * @brief 寄存器虚拟机（12.9 实现）
+ * @brief 寄存器虚拟机（12.9，步骤 2：译码 switch）
- * @date 2026-08-19
+ * @author 
+ * @date 2026-08-21
+ *
+ * @details 设计说明（详见 Doc/vm/指令执行.md）：
+ * - 步骤 2 范围：create / run_cycle / step + 标量指令（MOVE/LOADK/NOT/AND/OR/算术/CMP）、
+ *   跳转（JMP/JT/JF）、LOAD/STORE（slot × 8）；RET 仅处理 MAIN（周期结束）
+ * - 步骤 3 补 CALL/RET 帧栈与栈深/坏操作码故障；步骤 4 补 CAL_* 定时器
+ * - 取指：函数表 → code_offset（字节）→ u32；执行后 pc 先 +1，跳转再 pc += off
+ * - 数据区 8 字节定宽槽：偏移 = slot × 8
  */
 
+#include "vm/Machine.h"
+
+#include <algorithm>
+
+#include "isa/Encode.h"
+#include "isa/Instr.h"
+#include "isa/Op.h"
+#include "isa/Types.h"
+
 namespace vm {
+
+bool Machine::create(const std::vector<uint8_t>& image, Machine* out,
+                     std::string* err) {
+    out->image_ = isa::ImageView::from(image);
+    if (!out->image_.ok()) {
+        if (err) {
+            *err = out->image_.error();
         }
+        return false;
+    }
+    // 数据区工作副本（8 字节定宽槽）
+    out->data_.assign(out->image_.data_bytes(),
+                      out->image_.data_bytes() + out->image_.data_len());
+    out->ctu_prev_.assign(out->data_len() / 8, 0);
+
+    // MAIN 帧（跨周期保留）
+    const uint32_t entry = out->image_.header().entry_fn_id;
+    const isa::FuncRow main = out->image_.func_row(entry);
+    out->frames_.clear();
+    Frame f;
+    f.fn_id = entry;
+    f.regs.assign(main.nregs, 0);
+    out->frames_.push_back(std::move(f));
+
+    out->pc_ = 0;
+    out->cycle_count_ = 0;
+    out->fault_ = Fault::None;
+    out->ended_ = false;
+    return true;
+}
+
+Fault Machine::run_cycle() {
+    cycle_count_ = 0;
+    ended_ = false;
+    fault_ = Fault::None;
+    pc_ = 0;
+    while (!ended_ && fault_ == Fault::None) {
+        if (!exec_one()) {
+            break;
+        }
+    }
+    // 周期结束：清调用栈（保留 MAIN 帧，PROGRAM 变量状态跨周期）
+    while (frames_.size() > 1) {
+        frames_.pop_back();
+    }
+    return fault_;
+}
+
+bool Machine::step() {
+    if (ended_ || fault_ != Fault::None) {
+        return false;
+    }
+    return exec_one();
+}
+
+Fault Machine::fault() const { return fault_; }
+uint32_t Machine::pc() const { return pc_; }
+uint32_t Machine::fn_id() const { return cur_frame().fn_id; }
+uint32_t Machine::cycle_count() const { return cycle_count_; }
+uint32_t Machine::call_depth() const { return static_cast<uint32_t>(frames_.size()); }
+uint8_t* Machine::data() { return data_.data(); }
+const uint8_t* Machine::data() const { return data_.data(); }
+size_t Machine::data_len() const { return data_.size(); }
+int64_t Machine::reg(uint8_t i) const { return cur_frame().regs[i]; }
+
+Machine::Frame& Machine::cur_frame() { return frames_.back(); }
+const Machine::Frame& Machine::cur_frame() const { return frames_.back(); }
+
+bool Machine::exec_one() {
+    // ---- 取指 ----
+    const isa::FuncRow row = image_.func_row(cur_frame().fn_id);
+    if (pc_ >= row.code_len) {
+        fault_ = Fault::BadOp;
+        return false;
+    }
+    const uint8_t* base = image_.code_bytes() + row.code_offset;
+    const isa::Instr w = reinterpret_cast<const uint32_t*>(base)[pc_];
+
+    // ---- 周期指令计数 ----
+    ++cycle_count_;
+    if (cycle_count_ > image_.header().cycle_limit) {
+        fault_ = Fault::CycleLimit;
+        return false;
+    }
+
+    // 先指向下一条（跳转指令再按"相对下一条"语义叠加偏移）
+    ++pc_;
+
+    const isa::Op op = isa::op(w);
+    const uint8_t rd = isa::rd(w);
+    const uint8_t ra = isa::a(w);
+    const uint8_t rb = isa::b(w);
+    std::vector<int64_t>& regs = cur_frame().regs;
+
+    // 寄存器越界检查（仅对把字段当寄存器的指令；a|b 作偏移/槽号/常量 id 时跳过）
+    const bool uses_rd = op == isa::Op::MOVE || op == isa::Op::NOT || op == isa::Op::AND ||
+                         op == isa::Op::OR || op == isa::Op::ADD || op == isa::Op::SUB ||
+                         op == isa::Op::MUL || op == isa::Op::DIV || op == isa::Op::CMP_EQ ||
+                         op == isa::Op::CMP_NE || op == isa::Op::CMP_LT ||
+                         op == isa::Op::CMP_LE || op == isa::Op::CMP_GT ||
+                         op == isa::Op::CMP_GE || op == isa::Op::JT || op == isa::Op::JF ||
+                         op == isa::Op::LOADK || op == isa::Op::LOAD_I ||
+                         op == isa::Op::LOAD_M || op == isa::Op::LOAD_GLOBAL ||
+                         op == isa::Op::STORE_Q || op == isa::Op::STORE_M ||
+                         op == isa::Op::STORE_GLOBAL;
+    const bool uses_ra = op == isa::Op::MOVE || op == isa::Op::NOT || op == isa::Op::AND ||
+                         op == isa::Op::OR || op == isa::Op::ADD || op == isa::Op::SUB ||
+                         op == isa::Op::MUL || op == isa::Op::DIV || op == isa::Op::CMP_EQ ||
+                         op == isa::Op::CMP_NE || op == isa::Op::CMP_LT ||
+                         op == isa::Op::CMP_LE || op == isa::Op::CMP_GT ||
+                         op == isa::Op::CMP_GE;
+    const bool uses_rb = uses_ra;
+    if ((uses_rd && rd >= regs.size()) || (uses_ra && ra >= regs.size()) ||
+        (uses_rb && rb >= regs.size())) {
+        fault_ = Fault::BadOp;
+        return false;
+    }
+
+    switch (op) {
+        case isa::Op::MOVE:
+            regs[rd] = regs[ra];
+            return true;
+        case isa::Op::LOADK: {
+            const uint16_t cid = isa::imm16(w);
+            if (cid >= image_.header().n_consts) {
+                fault_ = Fault::BadConst;
+                return false;
+            }
+            const isa::ConstEntry c = image_.const_entry(cid);
+            if (c.tag == isa::types::Bool) {
+                regs[rd] = c.value ? 1 : 0;
+            } else if (c.tag == isa::types::Int) {
+                regs[rd] = static_cast<int16_t>(c.value);  // 符号扩展
+            } else {
+                regs[rd] = static_cast<int64_t>(c.value);
+            }
+            return true;
+        }
+        case isa::Op::NOT:
+            regs[rd] = (regs[ra] == 0) ? 1 : 0;
+            return true;
+        case isa::Op::AND:
+            regs[rd] = (regs[ra] != 0 && regs[rb] != 0) ? 1 : 0;
+            return true;
+        case isa::Op::OR:
+            regs[rd] = (regs[ra] != 0 || regs[rb] != 0) ? 1 : 0;
+            return true;
+        case isa::Op::ADD:
+            regs[rd] = isa::types::sat_add(static_cast<int16_t>(regs[ra]),
+                                           static_cast<int16_t>(regs[rb]));
+            return true;
+        case isa::Op::SUB:
+            regs[rd] = isa::types::sat_sub(static_cast<int16_t>(regs[ra]),
+                                           static_cast<int16_t>(regs[rb]));
+            return true;
+        case isa::Op::MUL:
+            regs[rd] = isa::types::sat_mul(static_cast<int16_t>(regs[ra]),
+                                           static_cast<int16_t>(regs[rb]));
+            return true;
+        case isa::Op::DIV:
+            regs[rd] = isa::types::sat_div(static_cast<int16_t>(regs[ra]),
+                                           static_cast<int16_t>(regs[rb]));
+            return true;
+        case isa::Op::CMP_EQ:
+        case isa::Op::CMP_NE:
+        case isa::Op::CMP_LT:
+        case isa::Op::CMP_LE:
+        case isa::Op::CMP_GT:
+        case isa::Op::CMP_GE: {
+            const int64_t l = regs[ra];
+            const int64_t r = regs[rb];
+            bool res = false;
+            switch (op) {
+                case isa::Op::CMP_EQ: res = (l == r); break;
+                case isa::Op::CMP_NE: res = (l != r); break;
+                case isa::Op::CMP_LT: res = (l < r); break;
+                case isa::Op::CMP_LE: res = (l <= r); break;
+                case isa::Op::CMP_GT: res = (l > r); break;
+                case isa::Op::CMP_GE: res = (l >= r); break;
+                default: break;
+            }
+            regs[rd] = res ? 1 : 0;
+            return true;
+        }
+        case isa::Op::JMP:
+            pc_ += isa::off16(w);
+            return true;
+        case isa::Op::JT:
+            if (regs[rd] != 0) {
+                pc_ += isa::off16(w);
+            }
+            return true;
+        case isa::Op::JF:
+            if (regs[rd] == 0) {
+                pc_ += isa::off16(w);
+            }
+            return true;
+        case isa::Op::LOAD_I:
+        case isa::Op::LOAD_M:
+        case isa::Op::LOAD_GLOBAL: {
+            const uint16_t slot = isa::imm16(w);
+            if (!slot_get(slot, &regs[rd])) {
+                fault_ = Fault::BadSlot;
+                return false;
+            }
+            return true;
+        }
+        case isa::Op::STORE_Q:
+        case isa::Op::STORE_M:
+        case isa::Op::STORE_GLOBAL: {
+            const uint16_t slot = isa::imm16(w);
+            if (!slot_set(slot, regs[rd])) {
+                fault_ = Fault::BadSlot;
+                return false;
+            }
+            return true;
+        }
+        case isa::Op::CALL:
+            fault_ = do_call(isa::imm16(w));
+            return fault_ == Fault::None;
+        case isa::Op::RET:
+            fault_ = do_ret();
+            if (fault_ != Fault::None) {
+                return false;
+            }
+            return !ended_;  // MAIN 的 RET → 周期结束（返回 false）
+        case isa::Op::CAL_TON:
+        case isa::Op::CAL_TOF:
+        case isa::Op::CAL_CTU:
+            fault_ = do_cal(static_cast<uint8_t>(op), isa::imm16(w));
+            return fault_ == Fault::None;
+        default:
+            fault_ = Fault::BadOp;
+            return false;
+    }
+}
+
+bool Machine::slot_get(uint16_t slot, int64_t* out) const {
+    const size_t off = static_cast<size_t>(slot) * 8;
+    if (off + 8 > data_.size()) {
+        return false;
+    }
+    int64_t v = 0;
+    for (int i = 0; i < 8; ++i) {
+        v |= static_cast<int64_t>(data_[off + i]) << (8 * i);
+    }
+    *out = v;
+    return true;
+}
+
+bool Machine::slot_set(uint16_t slot, int64_t v) {
+    const size_t off = static_cast<size_t>(slot) * 8;
+    if (off + 8 > data_.size()) {
+        return false;
+    }
+    for (int i = 0; i < 8; ++i) {
+        data_[off + i] = static_cast<uint8_t>((v >> (8 * i)) & 0xFFu);
+    }
+    return true;
+}
+
+Fault Machine::do_call(uint32_t fn_id) {
+    if (fn_id >= image_.header().n_funcs) {
+        return Fault::BadOp;
+    }
+    if (frames_.size() >= 64) {
+        return Fault::StackOverflow;
+    }
+    const isa::FuncRow row = image_.func_row(fn_id);
+    Frame f;
+    f.fn_id = fn_id;
+    f.regs.assign(row.nregs, 0);
+    f.ret_pc = pc_;              // 已指向 CALL 的下一条
+    f.ret_fn_id = cur_frame().fn_id;
+    // 调用约定：复制当前帧 r0..r7 → 新帧（实参已由调用点 MOVE 进 r1..r7）
+    const size_t n = std::min<size_t>(8, std::min(cur_frame().regs.size(), f.regs.size()));
+    for (size_t i = 0; i < n; ++i) {
+        f.regs[i] = cur_frame().regs[i];
+    }
+    frames_.push_back(std::move(f));
+    pc_ = 0;
+    return Fault::None;
+}
+
+Fault Machine::do_ret() {
+    if (frames_.size() <= 1) {
+        ended_ = true;  // MAIN 的 RET：周期结束
+        return Fault::None;
+    }
+    Frame& cur = cur_frame();
+    Frame& caller = frames_[frames_.size() - 2];
+    // 调用约定：复制当前帧 r0..r7 → 调用方（r0 = 结果，r1..r7 原样返回）
+    const size_t n = std::min<size_t>(8, std::min(cur.regs.size(), caller.regs.size()));
+    for (size_t i = 0; i < n; ++i) {
+        caller.regs[i] = cur.regs[i];
+    }
+    pc_ = cur.ret_pc;
+    frames_.pop_back();
+    return Fault::None;
+}
+
+Fault Machine::do_cal(uint8_t op, uint16_t slot) {
+    // 内建 FB 布局冻结（Doc/compiler/符号表与链接.md）：
+    //   TON/TOF：in/pt/q/et（字段 0/1/2/3）
+    //   CTU：cu/r/pv/q/cv（字段 0/1/2/3/4）
+    // 实例槽号从 slot（基槽）起；字段偏移 = 字段序号 × 8（8 字节定宽）
+    const int64_t dt = image_.header().dt_ms;
+    int64_t v = 0;
+
+    if (op == static_cast<uint8_t>(isa::Op::CAL_TON) ||
+        op == static_cast<uint8_t>(isa::Op::CAL_TOF)) {
+        // 字段：in=0 pt=1 q=2 et=3
+        if (!slot_get(static_cast<uint16_t>(slot + 0), &v)) return Fault::BadSlot;
+        const bool in = v != 0;
+        if (!slot_get(static_cast<uint16_t>(slot + 1), &v)) return Fault::BadSlot;
+        const int64_t pt = v;
+        int64_t et = 0;
+        if (!slot_get(static_cast<uint16_t>(slot + 3), &et)) return Fault::BadSlot;
+        int64_t q = 0;
+        if (op == static_cast<uint8_t>(isa::Op::CAL_TON)) {
+            // TON：in 真 → et += dt（到 pt 停）、q = et ≥ pt；in 假 → et = 0、q = 0
+            if (in) {
+                et += dt;
+                if (pt > 0 && et >= pt) {
+                    et = pt;
+                }
+                q = (et >= pt) ? 1 : 0;
+            } else {
+                et = 0;
+                q = 0;
+            }
+        } else {
+            // TOF：in 真 → q = 1、et = 0；掉电 → et += dt、et ≥ pt → q = 0
+            if (in) {
+                et = 0;
+                q = 1;
+            } else {
+                et += dt;
+                q = (pt > 0 && et >= pt) ? 0 : 1;
+            }
+        }
+        if (!slot_set(static_cast<uint16_t>(slot + 3), et)) return Fault::BadSlot;
+        if (!slot_set(static_cast<uint16_t>(slot + 2), q)) return Fault::BadSlot;
+        return Fault::None;
+    }
+
+    if (op == static_cast<uint8_t>(isa::Op::CAL_CTU)) {
+        // 字段：cu=0 r=1 pv=2 q=3 cv=4
+        if (slot >= ctu_prev_.size()) return Fault::BadSlot;
+        if (!slot_get(static_cast<uint16_t>(slot + 0), &v)) return Fault::BadSlot;
+        const bool cu = v != 0;
+        if (!slot_get(static_cast<uint16_t>(slot + 1), &v)) return Fault::BadSlot;
+        const bool r = v != 0;
+        if (!slot_get(static_cast<uint16_t>(slot + 2), &v)) return Fault::BadSlot;
+        const int64_t pv = v;
+        int64_t cv = 0;
+        if (!slot_get(static_cast<uint16_t>(slot + 4), &cv)) return Fault::BadSlot;
+        // 上升沿：本周期 cu 真且上次 cu 假 → cv + 1；r → 复位
+        const bool prev = ctu_prev_[slot] != 0;
+        if (r) {
+            cv = 0;
+        } else if (cu && !prev) {
+            cv += 1;
+        }
+        ctu_prev_[slot] = cu ? 1 : 0;  // 记录本次 cu（跨周期）
+        if (!slot_set(static_cast<uint16_t>(slot + 4), cv)) return Fault::BadSlot;
+        if (!slot_set(static_cast<uint16_t>(slot + 3), (cv >= pv) ? 1 : 0)) {
+            return Fault::BadSlot;
+        }
+        return Fault::None;
+    }
+
+    return Fault::BadOp;
+}
+
+}  // namespace vm