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# 指令执行流程（V2）
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`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。
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## 执行模型
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加载（Machine::create）：解析 .stb（vm 自读实现）→ 型号匹配（内建 STATOR2）→ SHA-256 校验
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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）
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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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每个扫描周期（run_cycle）：
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1. cycle_count = 0；pc = 0，从入口函数（MAIN）逐条执行
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2. 执行到 MAIN 的 RET → 周期结束
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3. 周期末清调用栈（保留栈底 MAIN 帧，sp 回退到 MAIN 帧顶）
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4. （I 采样 / Q 写回由 executor 按 sidecar 做，VM 只管值区）
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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**字节**下标（从 0 起）
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- **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
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- **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`
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- **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）
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- **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）
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## 帧与调用栈（栈方案 C）
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```cpp
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// 栈区（stack_，预分配 max_stack 字节）：
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// [MAIN 帧][帧2][帧3]... 从低地址起连续压栈
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// 每帧 = 12B 帧头 + nregs×8 寄存器文件
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// 帧头：hdr[0]=fn_id hdr[1]=ret_pc（字节） hdr[2]=ret_fn_id
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```
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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）
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- **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）
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- 帧寄存器初值 0
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### CALL / RET（调用约定）
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CALL fn_id:
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1. 新帧：regs 大小 = callee 的 nregs，全部 0
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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
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3. 新帧 ret_pc = 当前 pc（已指向 CALL 下一条，字节）、ret_fn_id = 当前函数
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4. 压栈，pc = 0，fn_id = callee
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RET:
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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（func 位段驱动）
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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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- 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（槽表两级）
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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，绝对槽）
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STORE_OFF slot, off, rs → 写 value[addr+off .. ]（FB 字段访问，绝对槽）
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LOAD_PTR rd, rs, off → 读 value[regs[rs] + off .. ]（基址寻址：rs = 实例指针，FB 共享体函数体内）
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STORE_PTR rd, rs, off → 写 value[regs[rs] + off .. ]（基址寻址）
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```
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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]`（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，绝对实例槽） |
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| `LOAD_PTR / STORE_PTR` | 见数据区访问（基址寻址：rs 寄存器 = 值区地址 + 偏移；FB 共享体） |
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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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### 整数算术（除法 A：饱和 + 截断）
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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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## 内置 FB（CAL，15 条）
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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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| 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) |
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| 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) |
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| 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） |
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| 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 |
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| 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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| 故障 | 触发 | 周期行为 |
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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 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（V2）
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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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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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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（vm_test 94 checks + executor 端到端验证）。
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