目标后端 — VML Toolchain

翻译流水线

VML 汇编 → 目标汇编 → 目标机器码，四阶段流程

输入
VML 汇编 (.vml) / VMB 二进制 (.vmb)

↓ 阶段 1: VML 指令解析 ↓

中间

IR 指令序列寄存器分配

↓ 阶段 2: 指令映射 + 寄存器映射 ↓

中间

目标汇编指令标签解析

↓ 阶段 3: 汇编生成 ↓

输出

目标汇编 (.s / .asm)

↓ 阶段 4: VMLToHex 最终输出 ↓

烧录

HEXBINELFS19

所有架构总览

65028-bitApple II / C64 / NES

Z808-bitCP/M / ZX Spectrum / MSX

80518-bit嵌入式 MCU 经典

AVR8-bitArduino / ATmega328P

PIC8-bitMicrochip PIC16F84A

MSP43016-bitTi 超低功耗

PIC2416-bitMicrochip 16位

ARM-CM32-bitSTM32 / Cortex-M

x8632-bitIBM PC / 通用计算

MIPS32-bitPIC32 / 网络设备

RISC-V32-bitSiFive / 开源 ISA

6800032-bitAmiga / Atari ST

PowerPC32-bitXilinx PPC405 / 游戏机

SPARC32-bitLEON3 / 航天级

JVMVMJava 字节码

.NETVMCLR / CIL 平台

WasmVM浏览器 / WebAssembly

VML → 目标架构寄存器映射

VML 16 个通用寄存器 (R0-R15) + 8 个浮点寄存器 (F0-F7) 如何映射到各架构

架构	R0-R3	R4-R11	R12 (BP)	R13 (SP)	R14	R15 (RA)	浮点
VML (虚拟)	R0-R3	R4-R11	R12	R13	R14	R15	F0-F7
6502	ZP $00-$03	ZP $04-$0B	ZP $0C-$0D	SP $01FF-	ZP $0E-$0F	栈	软件模拟
Z80	BC/DE	HL/IX/IY	IX+0	SP	IY	栈	软件模拟
8051	R0-R3 (B0)	R4-R7 (B0)	XRAM	SP	XRAM	栈	软件模拟
AVR	R16-R19	R20-R27	R28-R29 (Y)	SPH:SPL	R30-R31 (Z)	栈	软件模拟
PIC	文件寄存器	文件寄存器	FSR	—	FSR	栈(硬件)	不支持
MSP430	R4-R7	R8-R11	R12	R1 (SP)	R13	R14	软件模拟
ARM-CM	R0-R3	R4-R11	R11 (FP)	R13 (SP)	R12 (IP)	R14 (LR)	VFP/软件
x86	EAX/EBX/ECX/EDX	ESI/EDI/内存	EBP	ESP	内存	栈	x87 FPU
MIPS	$v0/$v1/$a0/$a1	$t0-$t7	$fp	$sp	$gp	$ra	软件模拟
RISC-V	a0-a3 (x10-x13)	t0-t6 (x5-x7,x28-31)	s0 (x8)	sp (x2)	s1 (x9)	ra (x1)	F扩展/软件
JVM	本地变量0-3	本地变量4-11	本地变量12	操作数栈	本地变量13	本地变量14	FLOAD/FSTORE
.NET	本地变量0-3	本地变量4-11	本地变量12	评估栈	本地变量13	本地变量14	LDLOC/STLOC

6502/Z80/PIC 等 8-bit 架构使用零页 (Zero Page) 内存模拟寄存器。ARM-CM 和 RISC-V 可 1:1 直接映射。

ARM Cortex-M 翻译示例 — 最完整映射

ARM-CM 是 1:1 映射最完整的后端，每个 VML 寄存器直接对应一个 ARM 寄存器

VML 代码

; 加法函数
LABEL add
    ADD R0, R1       ; R0 = R0 + R1
    RET

; 主程序
LABEL main
    MOVE R0, #10
    MOVE R1, #20
    CALL add
    SYSCALL #1       ; 打印 R0
    HALT

ARM Thumb-2 输出

@ 加法函数
add:
    add r0, r0, r1   @ R0 = R0 + R1
    bx lr

@ 主程序
main:
    mov r0, #10
    mov r1, #20
    bl add
    bl syscall_1     @ 打印 R0
    b halt

ARM-CM 映射亮点

R0-R12 → ARM r0-r12 (100% 寄存器对应)
R13 → SP (r13), R14 → r12 (临时), R15 → LR (r14)
所有算术指令 1:1 翻译 (ADD/SUB/MUL 直接映射)
VFP 硬件浮点单元支持 F0-F7 直接映射
CALL → BL, RET → BX LR, 零开销转换

8 位架构翻译挑战

从 32 位 VML 虚拟寄存器翻译到 8 位 CPU 的软件模拟策略

6502 翻译策略

VML 的 32-bit 寄存器被拆为 4 字节存储在 Zero Page 中。每条 VML 指令需翻译为多条 6502 指令。

; VML: ADD R0, R1
; 6502: 32-bit 加法 (4 字节)
CLC
LDA $00    ; R0 低字节
ADC $04    ; R1 低字节
STA $00
LDA $01    ; R0 字节1
ADC $05    ; R1 字节1
STA $01
; ... 字节2和字节3同理

1 条 VML → ~12 条 6502Zero Page 64 字节

PIC 8-bit 翻译策略

PIC 只有 1 个工作寄存器 (W) 和硬件调用栈 (2-8 级深)。寄存器通过文件寄存器模拟。

; VML: MOVE R0, #42
; PIC: 加载立即数到文件寄存器
MOVLW 0x2A   ; W ← 42
MOVWF 0x20   ; R0_lo ← W
CLRW
MOVWF 0x21   ; R0_hi ← 0
MOVWF 0x22   ; R0_h2 ← 0
MOVWF 0x23   ; R0_h3 ← 0

1 条 VML → ~5 条 PICW 寄存器瓶颈

VMLToHex — 完整烧录工作流

从 VML 源码到 HEX 固件的一站式工具

命令	说明
`vml2hex main.c -arch avr`	C 源码 → AVR HEX（全自动）
`vml2hex main.bas -arch 8051`	BASIC 源码 → 8051 HEX
`vml2hex main.py -arch arm-cm`	Python 源码 → STM32 HEX
`vml2hex program.vml -arch avr -O2`	VML → AVR HEX (O2 优化)
`vml2hex program.vml -arch avr --bios`	链接硬件 BIOS (UART 驱动)
`vml2hex program.vml -arch avr --no-bios`	不链接 BIOS (纯裸机)
`vml2hex program.vml -arch avr -f elf`	输出 ELF 格式 (调试用)
`vml2hex program.vml -arch arm-cm --chip stm32f429`	指定芯片型号

优化等级

等级	说明	适用场景
`-O0`	不优化，保留所有指令	调试
`-O1`	死代码消除 + 常量折叠（默认）	日常开发
`-O2`	O1 + 复制传播 + 循环优化	生产发布

输出格式

格式	参数	用途
Intel HEX	`-f hex`	烧录（默认）
Binary	`-f bin`	裸二进制
Motorola S19	`-f s19`	Freescale 烧录器
ELF	`-f elf`	GDB 调试 / objdump 反汇编
DOS EXE	`-f exe`	DOS 可执行文件
Text Dump	`-f dump`	人类可读文本