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- third_party：tomlplusplus（v3.4.0）+ FTXUI（main@9221a3b）git 子模块 - vm/扫描周期.md：可观察性接口（v1 预留）——step/snapshot、只读轮询、快照 POD 化 - executor/执行器入口.md：TUI 观察界面（最后做）——TUI 属执行器，输出层可替换 - 初步计划 12.11 补 TUI 归属；C++11 残留引用同步为 C++20
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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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STCompiler → compiler → isa
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BytecodeExecutor → 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（反汇编，给 STCompiler `--disasm` 与测试打印）
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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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|---|---|
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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` | `int64_t` 毫秒（有符号）；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 由 STCompiler 写进 sidecar（`.runtime.toml`），BytecodeExecutor 读 sidecar 采样 |
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| 不做 | `REAL`、隐式宽化 |
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## 类型
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C++20 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`：`int64_t` 毫秒，有符号
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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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`TIME` 选 `int64_t` 的理由（冻结，不再反复问）：
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- 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
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- 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
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- 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。
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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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### 反汇编格式（disasm）
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`disasm` 输出一条指令的一行文本，格式冻结：
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| 形态 | 格式 | 示例 |
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|---|---|---|
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| 二寄存器 | `MOVE rd, rs` / `NOT rd, rs` | `MOVE r1, r2` |
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| 三寄存器 | `OP rd, ra, rb`（逻辑 / 算术 / 比较） | `ADD r1, r2, r3` |
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| 常量 | `LOADK rd, imm` | `LOADK r0, 3` |
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| 无条件跳转 | `JMP off` | `JMP +4` |
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| 条件跳转 | `JT rd, off` / `JF rd, off` | `JT r0, -1` |
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| I/Q/M/全局 | `LOAD_I rd, slot` 等；STORE 同形 `STORE_Q rs, slot` | `LOAD_I r0, 2` |
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| FB 内置 | `CAL_TON instance` 等 | `CAL_TON 0` |
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| 调用 | `CALL fn_id` | `CALL 1` |
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| 返回 | `RET` | `RET` |
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| 未知操作码 | `??? 0x<hex>` | — |
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跳转偏移带符号、恒显正负号（`%+d`）；寄存器一律 `r<n>`；常量/槽号/`fn_id` 无符号十进制。
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## 映像
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魔数 `STSC`，版本 `1`。全部整数小端。文件 = 头 + 五个段，段序：常量表 → 函数表 → 字节码 → FB 布局 → 数据。偏移记在头里，段必须连续、偏移单调不减，末段终点不超过文件长度。
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### 头（72 字节）
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| 偏移 | 宽 | 字段 |
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|---|---|---|
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| 0 | 4 | 魔数 `STSC` |
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| 4 | 4 | 版本 `1` |
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| 8 | 4 | `cycle_limit` |
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| 12 | 4 | `dt_ms` |
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| 16 | 8 | 工程哈希（FNV-1a 64） |
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| 24 | 4 | 入口 `entry_fn_id` |
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| 28 | 4 | 全局槽数 `n_globals` |
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| 32 | 4 | I 槽数 `n_i` |
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| 36 | 4 | Q 槽数 `n_q` |
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| 40 | 4 | M 槽数 `n_m` |
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| 44 | 4 | 常量数 `n_consts` |
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| 48 | 4 | 函数数 `n_funcs` |
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| 52 | 4 | `offset_const` |
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| 56 | 4 | `offset_funcs` |
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| 60 | 4 | `offset_code` |
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| 64 | 4 | `offset_fb` |
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| 68 | 4 | `offset_data` |
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### 常量表一行（12 字节）
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`[tag:u32][value:u64]`；`tag`：0=BOOL、1=INT、2=TIME。`value` 按 tag 解释，未用高位为 0。
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### 函数表一行（12 字节）
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`[nregs:u32][code_offset:u32][code_len:u32]`；行下标即 `fn_id`，`code_offset` 相对字节码段起点，`code_len` 为指令条数。
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### 字节码段
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指令按 `u32` 连续排；`CALL` 的 `fn_id` 是函数表行下标。
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### FB 布局段
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第一版为空；每类型一行 `[field_count:u32][field_count × (tag:u32, offset:u32)]`，offset 相对实例基址，12.8 落地 codegen 时冻精确表。
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### 数据段
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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）。
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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。FNV-1a 64：basis `0xcbf29ce484222325`，prime `0x100000001b3`。
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`[[io.input]]` / `[[io.output]]` 不进映像。
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## 映像文件（`.stb`）与 sidecar
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编译产物是单文件 `<name>.stb`：映像头 + 各段按本文布局连续排，魔数 `STSC`、版本 `1`、小端。`STCompiler` 写，`BytecodeExecutor` 读。
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- `dt_ms` / `cycle_limit` 在映像头，执行器只认映像，不重复配置。
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- I/O 绑定不进映像：`STCompiler` 另写 sidecar `<name>.runtime.toml`，`BytecodeExecutor` 读 sidecar 做采样与写回，不创造变量。
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sidecar 格式（TOML 子集，冻结）：
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```toml
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[[io.input]] # 或 [[io.output]]
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var = "I0_0" # 已在 GVL 声明的名字
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slot = 1 # 全局槽号（编译期已解析）
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channel = 0
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bit = 0
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```
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每行一个绑定；`var` 顺序不要求与映像槽序一致（`slot` 为准）。
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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.h # 宽度、饱和、槽值表示
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Op.h # 操作码枚举 + 助记符
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Instr.h # 32-bit 打包/拆字段（inline）
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Image.h # 头、段、函数表/常量表/FB 布局
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Encode.h # 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.h`：三类型 + `sat_add` 等饱和函数（inline 即可）
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2. `Op.h` + `Instr.h`：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.h` + `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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