# 寄存器码（12.8） compiler 模块的代码生成。输入：`Project` + `Unit`（AST）+ `LinkResult`；输出：`.stb` 映像字节（`std::vector`）。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)。 ## 做 / 不做 **做** - 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 - 跳转先留洞、后回填；`AND` / `OR` **必须编成跳转**（短路），禁止两边都算 - 常量表（`LOADK`）、全局/实例槽（`LOAD_GLOBAL` / `STORE_GLOBAL` 等） - `CALL fn_id` 有界帧；用户 FB 调用**内联展开**；内建 `CAL_TON` / `CAL_TOF` / `CAL_CTU` - 拼装映像：函数表 / 常量表 / 数据段 / 头（`cycle_limit`、`dt_ms`、工程哈希、入口） **不做（第一版）** - 图染色、SSA、生命周期分析、优化、异常表、闭包 - 函数指针、间接跳转、`REAL` ## 存储布局（v1 定案） | 数据 | 放哪 | 说明 | |---|---|---| | 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） | | 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，**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 = 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） | 项 | 约定 | |---|---| | 结果寄存器 | **r0**（FUNCTION 结果写入处） | | 参数寄存器 | **r1..r7**（最多 7 个输入，按声明序） | | 变量 / 临时 | **全部从 r8 起**（调用约定区不受覆盖） | | `CALL` | VM 复制当前帧 **r0..r7 → 新帧 r0..r7** | | `RET` | VM 复制当前帧 **r0..r7 → 调用方帧 r0..r7**（r0=结果，r1..r7 原样返回） | | 函数输入 | 函数体内**只读**（写输入 → codegen error） | - 调用点：实参求值到 r8+ 临时 → `MOVE r(1+i), t` → `CALL fn_id` → `MOVE rd, r0` - 所有 POU 的变量/临时统一 r8 起，故 r1..r7 在调用点可安全覆盖 ## 寄存器分配 - 局部变量固定占用前段（0..k-1） - 表达式临时从 k 起，**语句内递增、语句结束复用基址**（不分析生命周期） - `nregs` = 全函数临时峰值 + 1 ## 表达式与语句的指令模式 ```text 字面量 LOADK rd, const_id 变量读 LOAD_GLOBAL/LOAD_I/LOAD_M rd, slot （或帧内 MOVE）字段读 LOAD_GLOBAL rd, <基址+偏移> 函数调用 <实参求值 → 参数寄存器> CALL fn_id MOVE rd, r0 NOT NOT rd, t AND/OR 短路（必须跳转）： JF(AND)/JT(OR) rd, L_end MOVE rd, t L_end: 比较 CMP_xx rd, t1, t2 算术 ADD/SUB/MUL/DIV rd, t1, t2 负号 SUB rd, r0, t （0 - t，r0 恒 0） IF JF t, L_else JMP L_end L_else: (ELSIF 逐级) JF t, L_next ... L_end: WHILE L_loop: JF t, L_end JMP L_loop L_end: FB 调用（用户，内联展开）： <每个实参求值 → 临时> STORE_GLOBAL <实例基址+字段偏移>, 临时 <内联体：读输入字段、算输出、写输出字段> 内建实参同左 → CAL_TON/CAL_TOF/CAL_CTU <实例偏移> ``` - 常量统一进常量表（BOOL / INT / TIME），`const_id` = 首次出现序 - 空条件寄存器约定：`r0` 恒 0（`enc_jmp` 用），`SUB rd, r0, t` 实现取负 ## 用户 FB 调用内联（v1 定案） FB 体共享会与「绝对字段地址」冲突（不同实例基址不同），v1 选择**调用点内联展开**： - 调用点：实参写入该实例字段 → 内联该 FB 的函数体（字段地址按本实例基址算死）→ 字段读取自然可用 - 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 - FB 无递归、无动态实例，内联安全 ## 映像拼装 ```text 函数表：收集序 fn_id → { nregs, code_offset(相对字节码段), code_len } 常量表：const_id → { tag, value } 数据段：全局 + 实例块（见上）头：cycle_limit / dt_ms / 工程哈希（12.3）/ entry=MAIN fn_id / n_globals / n_i=n_q=n_m=0 ``` - 用 `isa` 的 `enc_*` 编码指令、`ImageView` 校验回读 - 工程哈希用 12.3 的 `compute_project_hash` ## 错误稳定前缀 `codegen error`： ```text codegen error: register overflow (>256) in function 'f' codegen error: constant table overflow codegen error: slot out of range ``` ## 完成标准 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 2. 跳转回填无悬空（disasm 抽查） 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 4. 全部构建 + `ctest` 无回归 --- ## 执行计划（8 片，每片验证编译产物） 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 2. **全局与 I/Q/M**：`LOAD_I` / `STORE_Q` / `LOAD_M` / `STORE_M` / `LOAD_GLOBAL` / `STORE_GLOBAL`（用例 9） 3. **`NOT` + 短路 `AND` / `OR`**（用例 3，断言产物含跳转） 4. **`CMP_*` + `JMP` / `JT` / `JF` → `IF`**（用例 4） 5. **`WHILE`**（用例 5；`cycle_limit` 进映像头） 6. **`ADD/SUB/MUL/DIV` + TIME 常量**（用例 7、8） 7. **`CALL fn_id` + 有界帧**（用例 13） 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）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。