# 指令与映像

isa 模块规范：指令集 + 映像 + 定宽类型。不是编译器，不把 `.st` 编成映像。

`compiler` 按本文件写出字节，`vm` 只认这些字节。两边不互链。

全工程定案见 [`初步计划.md`](../初步计划.md)。**类型、指令编码、映像布局以本文为准**，不要另写一份互相打架的表。头文件实现本文，不另当规范。

```text
host → compiler → isa
host → vm       → isa
```

CMake 目标：`isa`（`STATIC`），无依赖。公开头：`isa/include/isa/`。

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## 做 / 不做

**做**

- 操作码与 32 位指令布局
- 映像头与段（函数字节码、全局 / FB 槽、工程哈希）
- `BOOL` / `INT` / `TIME` 宽度与溢出规则
- 编解码、工程哈希、一条指令的文本转储（给 host 打印）

**不做**

- toml 字段、关键字表、符号表、AST
- 扫描周期循环、I/O 采样
- 短路语义（`AND`/`OR` 指令只组合已算好的值；短路由 `compiler` 编成跳转）

指令表可作为内部 IR 的文本形态，不必当主语言。

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## 特性

| 项 | 第一版 |
|---|---|
| `BOOL` | `uint8_t`，只允许 0/1 |
| `INT` | `int16_t`（IEC `INT`） |
| `TIME` | `int32_t` 毫秒；与 `INT` 不混用 |
| 整数溢出 | **饱和**（夹到 `INT` 最小/最大） |
| 字节序 | 小端 |
| 指令宽度 | 32 bit，一种主布局 |
| 寄存器 | 下标 0..255；每函数实际个数写在函数头 `nregs` |
| 跳转 | 相对 offset，单位是**指令条数**，不是字节 |
| `CALL` | 立即数 `fn_id`（u16），无函数指针 |
| 映像魔数 | `STSC`，版本 `1` |
| 工程哈希 | 源文件路径排序后对内容做 FNV-1a 64（非密码学） |
| I/O 绑定 | **不进映像**；编译期把 `var` 收成槽号，channel/bit 留在 host 读 toml |
| 不做 | `REAL`、隐式宽化、独立 `stc.exe` |

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## 类型

C++11 定宽：

- `BOOL`：`uint8_t`，0/1
- `INT`：`int16_t`；加减乘除溢出饱和
- `TIME`：`int32_t` 毫秒

`compiler` 与 `vm` 都按同一规则，不再另选溢出策略。

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## 指令

定宽 32 bit：

```text
[ op:8 | rd:8 | a:8 | b:8 ]
```

- 三寄存器：`a`/`b` 为 `ra`/`rb`（`MOVE`/`NOT` 只用 `rd`+`a`）
- `LOADK`：`a|b` 为 `const_id`（u16）
- `JMP` / `JT` / `JF`：`a|b` 为有符号相对 offset（指令条数）
- `CALL`：`a|b` 为 `fn_id`（u16）

操作码一次列全（`CMP_xx` 冻下面六种）：

```text
MOVE rd, rs
LOADK rd, const_id
NOT rd, rs
AND/OR rd, ra, rb          (* 已算好的值；短路用跳转 *)
ADD/SUB/MUL/DIV rd, ra, rb
CMP_EQ/NE/LT/LE/GT/GE rd, ra, rb
JMP  offset
JT/JF r, offset
LOAD_I / STORE_Q / LOAD_M / STORE_M
LOAD_GLOBAL / STORE_GLOBAL
CAL_TON / CAL_TOF / CAL_CTU
CALL fn_id
RET
```

局部 / `VAR` = 固定寄存器；表达式临时值往后编号；`nregs` 写进函数头。  
`I`/`Q`/`M` 走映像指令，不是通用寄存器。  
FB 实例固定布局，字段偏移编译期算死。

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## 映像

魔数 `STSC`，版本 `1`。

头：

- `cycle_limit`、`dt_ms`
- 工程哈希
- 全局槽数、I/Q/M 槽数
- 常量表 / 函数表 / 字节码 / FB 布局的偏移
- 入口 `MAIN` 的 `fn_id`

函数表一行：`fn_id`、`nregs`、字节码偏移与长度。

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。

`[[io.input]]` / `[[io.output]]` 不进映像。

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## 目录与 CMake

```text
isa/
  CMakeLists.txt
  README.md                 # 代码目录入口，指向本文
  include/isa/
    Types.hpp               # 宽度、饱和、槽值表示
    Op.hpp                  # 操作码枚举 + 助记符
    Instr.hpp               # 32-bit 打包/拆字段（inline）
    Image.hpp               # 头、段、函数表/常量表/FB 布局
    Encode.hpp              # 编解码、哈希、反汇编一行
  src/
    Encode.cpp
    Image.cpp
```

```cmake
add_library(isa STATIC src/Encode.cpp src/Image.cpp)
target_include_directories(isa PUBLIC ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include)
```

`compiler` / `vm`：`target_link_libraries(... PUBLIC isa)`。

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## 实现顺序（对齐初步计划 12.0～12.1）

1. `Types.hpp`：三类型 + `sat_add` 等饱和函数（inline 即可）
2. `Op.hpp` + `Instr.hpp`：枚举与 32-bit 编解码
3. `Encode.cpp`：`encode` / `decode` / `disasm` 一条指令
4. `Image.hpp` + `Image.cpp`：头布局、FNV-1a、读写缓冲（先能写空映像 + 一条 `RET`）
5. 测试随后在 `tests/` 加编解码往返；本阶段以头文件和库能链为准

不在本模块做：VM `switch`、toml、关键字、符号表。