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# 指令与映像
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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。
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`compiler` 按本文件写出字节，`vm` 只认这些字节。两边不互链。
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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。
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```text
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host → compiler → isa
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host → vm → isa
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```
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CMake 目标：`isa`（`STATIC`），无依赖。公开头：`isa/include/isa/`。
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## 做 / 不做
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**做**
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- 操作码与 32 位指令布局
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- 映像头与段（函数字节码、全局 / FB 槽、工程哈希）
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- `BOOL` / `INT` / `TIME` 宽度与溢出规则
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- 编解码、工程哈希、一条指令的文本转储（给 host 打印）
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**不做**
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- toml 字段、关键字表、符号表、AST
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- 扫描周期循环、I/O 采样
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- 短路语义（`AND`/`OR` 指令只组合已算好的值；短路由 `compiler` 编成跳转）
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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
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| 项 | 第一版 |
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| `BOOL` | `uint8_t`，只允许 0/1 |
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| `INT` | `int16_t`（IEC `INT`） |
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| `TIME` | `int32_t` 毫秒；与 `INT` 不混用 |
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| 整数溢出 | **饱和**（夹到 `INT` 最小/最大） |
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| 字节序 | 小端 |
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| 指令宽度 | 32 bit，一种主布局 |
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| 寄存器 | 下标 0..255；每函数实际个数写在函数头 `nregs` |
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| 跳转 | 相对 offset，单位是**指令条数**，不是字节 |
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| `CALL` | 立即数 `fn_id`（u16），无函数指针 |
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| 映像魔数 | `STSC`，版本 `1` |
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| 工程哈希 | 源文件路径排序后对内容做 FNV-1a 64（非密码学） |
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| I/O 绑定 | **不进映像**；编译期把 `var` 收成槽号，channel/bit 留在 host 读 toml |
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| 不做 | `REAL`、隐式宽化、独立 `stc.exe` |
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## 类型
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C++11 定宽：
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- `BOOL`：`uint8_t`，0/1
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- `INT`：`int16_t`；加减乘除溢出饱和
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- `TIME`：`int32_t` 毫秒
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`compiler` 与 `vm` 都按同一规则，不再另选溢出策略。
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## 指令
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定宽 32 bit：
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```text
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[ op:8 | rd:8 | a:8 | b:8 ]
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```
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- 三寄存器：`a`/`b` 为 `ra`/`rb`（`MOVE`/`NOT` 只用 `rd`+`a`）
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- `LOADK`：`a|b` 为 `const_id`（u16）
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- `JMP` / `JT` / `JF`：`a|b` 为有符号相对 offset（指令条数）
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- `CALL`：`a|b` 为 `fn_id`（u16）
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操作码一次列全（`CMP_xx` 冻下面六种）：
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```text
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MOVE rd, rs
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LOADK rd, const_id
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NOT rd, rs
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AND/OR rd, ra, rb (* 已算好的值；短路用跳转 *)
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ADD/SUB/MUL/DIV rd, ra, rb
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CMP_EQ/NE/LT/LE/GT/GE rd, ra, rb
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JMP offset
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JT/JF r, offset
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LOAD_I / STORE_Q / LOAD_M / STORE_M
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LOAD_GLOBAL / STORE_GLOBAL
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CAL_TON / CAL_TOF / CAL_CTU
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CALL fn_id
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RET
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```
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局部 / `VAR` = 固定寄存器；表达式临时值往后编号；`nregs` 写进函数头。
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`I`/`Q`/`M` 走映像指令，不是通用寄存器。
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FB 实例固定布局，字段偏移编译期算死。
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## 映像
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魔数 `STSC`，版本 `1`。
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头：
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- `cycle_limit`、`dt_ms`
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- 工程哈希
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- 全局槽数、I/Q/M 槽数
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- 常量表 / 函数表 / 字节码 / FB 布局的偏移
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- 入口 `MAIN` 的 `fn_id`
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函数表一行：`fn_id`、`nregs`、字节码偏移与长度。
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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。
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`[[io.input]]` / `[[io.output]]` 不进映像。
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## 目录与 CMake
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```text
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isa/
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CMakeLists.txt
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README.md # 代码目录入口，指向本文
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include/isa/
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Types.hpp # 宽度、饱和、槽值表示
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Op.hpp # 操作码枚举 + 助记符
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Instr.hpp # 32-bit 打包/拆字段（inline）
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Image.hpp # 头、段、函数表/常量表/FB 布局
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Encode.hpp # 编解码、哈希、反汇编一行
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src/
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Encode.cpp
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Image.cpp
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```
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```cmake
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add_library(isa STATIC src/Encode.cpp src/Image.cpp)
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target_include_directories(isa PUBLIC ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include)
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```
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`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）
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1. `Types.hpp`：三类型 + `sat_add` 等饱和函数（inline 即可）
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2. `Op.hpp` + `Instr.hpp`：枚举与 32-bit 编解码
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3. `Encode.cpp`：`encode` / `decode` / `disasm` 一条指令
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4. `Image.hpp` + `Image.cpp`：头布局、FNV-1a、读写缓冲（先能写空映像 + 一条 `RET`）
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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
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不在本模块做：VM `switch`、toml、关键字、符号表。
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