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指令执行流程（12.9）

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 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 第 2 节。

执行模型

每个扫描周期（run_cycle）：
  1. pc = 0，从入口函数（MAIN）开始逐条执行
  2. 执行到 MAIN 的 RET → 周期结束
  3. （I 采样 / Q 写回由 executor 按 sidecar 做，VM 只管数据区）
  4. 定时器在 CAL_* 指令执行时用映像 dt_ms 推进

• pc：当前指令在函数字节码段内的下标（指令条数单位，从 0 起）
• 取指：函数表 func_row(fn_id) → code_offset（字节）→ code_bytes[code_offset/4 + pc] 读 u32（小端）
• 译码：拆 op / rd / a / b 四字段，a|b 按操作码解释为寄存器对、槽号（u16）、或跳转偏移（int16）

帧与调用栈

struct Frame {
    uint32_t fn_id;              // 当前函数
    std::vector<int64_t> regs;   // 寄存器文件，大小 = 函数头 nregs
    uint32_t ret_pc;             // CALL 后应恢复的 pc（仅非 MAIN 帧有意义）
    uint32_t ret_fn_id;          // 返回目标函数（调用方）
};

• 调用栈 std::vector<Frame>，深度上限 64；超限 → StackOverflow 故障
• 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）
• 帧寄存器初值 0

CALL / RET（调用约定，冻结于 12.8）

CALL fn_id:
  1. 新帧：regs 大小 = callee 的 nregs，全部 0
  2. 复制当前帧 r0..r7 → 新帧 r0..r7（实参已在调用点 MOVE 进 r1..r7）
  3. 新帧 ret_pc = 当前 pc + 1（CALL 的下一条）、ret_fn_id = 当前函数
  4. 压栈，pc = 0，fn_id = callee

RET:
  1. 若当前是 MAIN（栈深 0）→ 周期结束
  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）
  3. 弹栈，pc = ret_pc，fn_id = ret_fn_id

值表示（寄存器 / 槽统一约定）

类型	表示	说明
BOOL	0 / 1	逻辑指令产出、字面量 TRUE=1
INT	int16_t 符号扩展	sat_* 返回 int16，赋给 int64 寄存器自动符号扩展
TIME	全 64 位	毫秒

推论：全宽 int64 比较等价于各类型自身比较（INT 符号扩展后 -5 < 3 正确）。类型语义由编译期类型检查保证，VM 不查类型。

数据区访问（8 字节定宽槽，方案 a）

槽号 slot（指令操作数）→ 数据偏移 = slot × 8
LOAD_* rd, slot     →  rd = 读 data[slot*8 .. slot*8+8)（8 字节原样）
STORE_* slot, rs    →  写 data[slot*8 .. slot*8+8) = rs（8 字节原样）

LOAD_I / LOAD_M / LOAD_GLOBAL / STORE_Q / STORE_M / STORE_GLOBAL 执行逻辑完全相同（v1 单一数据区，操作码只作语义标签）。

指令执行表

指令	流程
MOVE rd, rs	reg[rd] = reg[rs]
LOADK rd, cid	查常量表 const_entry(cid)：BOOL → 0/1；INT → (int16_t)value 符号扩展；TIME → 全宽
NOT rd, rs	reg[rd] = (reg[rs] == 0) ? 1 : 0
AND/OR rd, ra, rb	reg[rd] = (reg[ra] != 0 && reg[rb] != 0) ? 1 : 0（或 OR）
ADD/SUB/MUL/DIV rd, ra, rb	sat_add((int16)ra, (int16)rb) 等，结果符号扩展入 rd
CMP_xx rd, ra, rb	全宽 int64 比较 → 1 / 0
JMP off	pc += off（见跳转语义）
JT rd, off / JF rd, off	reg[rd] != 0（JT）/ == 0（JF）时 pc += off，否则正常 +1
LOAD_* rd, slot	见数据区访问
STORE_* slot, rs	见数据区访问
CAL_TON/TOF/CTU slot	见定时器推进
CALL fn_id / RET	见帧与调用栈

跳转语义

指令执行后 pc 先 +1（指向下一条），跳转指令再 pc += off
⇒ 目标下标 = 当前 + 1 + off（与编译端 patch_jump 一致）

周期指令计数

• 每条指令执行后 cycle_count++；超过映像头 cycle_limit → CycleLimit 故障（周期中止）
• JMP / JT / JF / CALL 只算 1 条（cycle_limit 以"执行的指令数"计）

定时器推进（CAL_TON / CAL_TOF / CAL_CTU）

CAL_* slot 的 slot 是实例基槽号；字段偏移 = 实例布局字段序号 × 8（内建布局冻结：TON/TOF = in/pt/q/et，CTU = cu/r/pv/q/cv）。每次执行 = 推进一次，Δt = 映像头 dt_ms（不读系统时钟）：

CAL_TON：
  in = 槽[in] 非零；pt = 槽[pt]；et = 槽[et]；q = 槽[q]
  in 为真：et += dt（et ≥ pt 时停在 pt）；q = (et ≥ pt) ? 1 : 0
  in 为假：et = 0；q = 0

CAL_TOF：
  in 为真：q = 1；et = 0
  in 掉电：et += dt；et ≥ pt 时 q = 0
  （in 再次为真 → 重新 q = 1, et = 0）

CAL_CTU：
  上升沿检测：本周期 cu 为真且上次 cu 为假 → cv += 1
  （上次 cu 存 VM 侧 vector，按实例基槽索引，跨周期保留）
  r 为真 → cv = 0
  q = (cv ≥ pv) ? 1 : 0

故障

故障	触发	周期行为
None	—	正常完成
CycleLimit	周期指令数 > cycle_limit（用例 6）	中止，返回故障
StackOverflow	调用栈深度 > 64	中止
BadOp	op ≥ 29	中止
BadSlot	slot × 8 + 8 > 数据区长度	中止
BadConst	const_id ≥ n_consts	中止

示例：line1 MAIN 逐指令推演

映像：dt_ms=10，cycle_limit=100000，数据区 56 字节（7 槽 × 8B，方案 a）。

初始：MAIN 帧 regs[13] 全 0；槽 0..6 全 0（初值 0）
假定 executor 已采样：槽 0 = EmergencyStop = 0、槽 1 = I0_0 = 1、槽 2 = I0_1 = 0

pc 指令                    执行后
── ─────────────────────   ──────────────────────────────
0  LOAD_I r8, 1            r8 = data[8..16) 低字节 = 1（I0_0）
1  STORE_GLOBAL r8, 4      槽 4（starter.start）= 1
2  LOAD_GLOBAL r9, 2       r9 = 0（I0_1）
3  STORE_GLOBAL r9, 5      槽 5（starter.stop）= 0
4  LOAD_GLOBAL r8, 8       内联体：r8 = 槽 4 = 1（start）
5  JF r8, +3               r8≠0 不跳；pc = 6
6  LOAD_GLOBAL r10, 9      r10 = 槽 5 = 0（stop）
7  NOT r9, r10             r9 = 1
8  MOVE r8, r9             r8 = 1
9  JF r8, +3               r8≠0 不跳；pc = 10
10 LOAD_I r12, 0           r12 = 槽 0 = 0（EmergencyStop）
11 NOT r11, r12            r11 = 1
12 MOVE r8, r11            r8 = 1
13 STORE_GLOBAL r8, 10     槽 6（starter.q）= 1
14 LOAD_GLOBAL r8, 10      r8 = 槽 6 = 1
15 STORE_Q r8, 3           槽 3（Q0_0）= 1
16 RET                     周期结束；executor 读槽 3 → 硬件

结果：Q0_0 = 1（start=1、stop=0、急停=0 → 电机启动）——与 EXPECTED.md 真值表一致。