miniplc0-vm-standards

这里是 miniplc0 对应的虚拟机的标准。

寄存器

ip: 指令寄存器，总是指向下一条要执行的指令

sp: 栈寄存器，总是指向栈内最高有效地址的下一个地址

指令集

指令格式

-----------
| 4  | 4  |
| op | x  |
-----------

一个指令长度为 8 bytes

编码	指令	伪代码	全称
0	ILL	正常遇到会panic，但是在debug模式下由debugger接管。	illegal instruction
1	LIT x	stack[sp]=x;sp++;	load int
2	LOD x	stack[sp]=stack[x];sp++;	load
3	STO x	stack[x]=stack[sp-1];sp--;	store
4	ADD	stack[sp-2]+=stack[sp-1];sp--;	add
5	SUB	stack[sp-2]-=stack[sp-1];sp--;	subtract
6	MUL	stack[sp-2]*=stack[sp-1];sp--;	multiply
7	DIV	stack[sp-2]/=stack[sp-1];sp--;	divide
8	WRT	printf("%d\n", stack[sp-1]);sp--;	write

存储区

指令区

ip 永远指向下一条要执行的指令。

|  instruction  | <--- ip
|               |
|               |
-----------------

指令长度为 8 byte，定义为

enum OP: int32_t {
    ILL = 0,
    ...
}

struct instruction {
    OP op;
    int32_t x;
};

栈

以4 bytes为一个寻址单位，记为1。寻址单位内的字节序（大端/小端）是实现决定的，因此编译器的代码生成器需要和具体的VM配套。

栈从低地址向高地址生长，以栈元素为单位，栈的最低地址为0，最高地址为0x3ffff，这说明一个栈的最大内存是1 MB。

栈指针 sp 总是指向栈内地址最高的元素的下一个地址。地址大于等于 sp 的内存，无论其具体存储的值为多少，都视为没有使用过的内存，对这样的地址进行访问是内存越界错误。

2|        |<--- sp
1|1234abcd|<--- vb
0|deadbeef|<--- va
 ----------

如上图描述了一个栈，其中：

• 栈地址为0的元素，我们将其记为变量va，值为0xdeadbeef，但是va的四个字节存储时实际上如何排序（大端/小端），我们并不关心
• 记addr(v)是变量v的栈地址，则addr(vb)-addr(va) = 1
• 栈指针sp指向的栈地址为2

请特别注意这里地址描述和x86使用的描述方式的区别：x86的内存寻址单位是1 byte，且栈从高地址向低地址生长，如果使用x86描述，上图中的addr(vb)-addr(va)=-4

异常定义

ILLEGAL_INSTRUCTION

• 指令不存在

MEMORY_ERROR

• LOD和STO访问的栈地址x越界（小于0或大于等于sp）
• 栈内元素数量小于2的时候，执行ADD/SUB/MUL/DIV
• 栈空的时候，执行WRT

ARITHMETIC_OVERFLOW

• 四则运算的结果超过了int的值域

DIVIDE_ZERO_ERROR

• 执行DIV指令时，次栈顶是0

STACK_OVERFLOW

• 栈满的时候 LIT/LOD

EPF 文件二进制格式

文件布局

| header | codes |

内存布局同文件布局。

头部

struct header{
    byte[4] magic;
    int32_t version;
    int32_t intructionsCounts;
    int32_t entryPoint;
}; 

• magic: {0x5A, 0x51, 0x4C, 0x53}
• version: 目前为 1
• instructionCounts: 指令总数
• entryPoint: 入口点，不应该大于指令总数，否则是UB

指令区

struct code{
    instruction[] codes;
}

• codes: instruction 数组