运行时 & 模拟器 — VML Toolchain

运行时架构总览

多种运行时环境满足不同场景需求

运行时	语言	用途	特性
VMLRuntime	C# (.NET)	核心指令执行引擎	完整 SYSCALL、MMIO 设备、浮点/双精度
VMLRuntimeC	C99	跨平台原生运行时	无依赖、VGA 渲染、音频录音、~100KB 体积
ConsoleEmulator	C# (.NET)	终端模拟器	VGA 文本模式、键盘脚本、多种设备类型
FullDevicesEmulator	C# (Avalonia)	GUI 全设备模拟器	图形界面、设备可视化、AI 面板集成
VMLIde	C# (Avalonia)	桌面 IDE	代码编辑、编译、运行、AI 辅助

VMLRuntime — 核心执行引擎

C# 实现的 VML 虚拟机，完整支持 92 条指令 + 30+ 系统调用

核心能力

92 条 VML 指令完整实现 (NOP=0 ~ LAST=91)
16 个通用寄存器 R0-R15 + 8 浮点 F0-F7 + 4 双精度 D0-D3
栈帧管理 (ENTER/LEAVE/LEA)
内存管理: SYSCALL 40 malloc / 41 free
30+ 系统调用 (I/O/文件/时间/设备/FFI)
中断处理 CLI/STI/IRET + 异常 TRY/CATCH
MMIO 内存映射 I/O 设备模拟
VMB 二进制格式加载与保存

内存布局

地址空间 (32-bit)
0x000000 ┌──────────┐
         │ 代码段    │ .text
0x000400 ├──────────┤
         │ 数据段    │ .data / .rodata
0x008000 ├──────────┤
         │ 堆 →      │ malloc 向上增长
         │ ← 栈      │ 栈向下增长
0xFFFFFF └──────────┘

特殊地址:
0xE000  FFI 函数指针表 (OS 模式)
0xE030  FFI 初始化标志
0xF000  MMIO 设备寄存器

VML 程序执行流程

从加载 VMB 到程序结束的完整执行周期

1. 加载

读取 .vml / .vmb解析指令

↓ VMLAssembler 汇编或 VMB 反序列化 ↓

2. 初始化

设置 .entry 地址初始化 R13(SP)加载 BIOS

↓ VmRuntime.LoadProgram(program) ↓

3. 取指-译码-执行
Fetch → Decode → Execute 循环

↓ 每条指令: 读取 OpCode → 查表跳转 → 执行处理函数 ↓

4. SYSCALL

I/O内存文件FFI

↓ HALT 指令或超时 ↓

5. 结束

清理资源返回退出码

ConsoleEmulator — 终端模拟器

最常用的 VML 程序运行工具，支持多种设备和调试模式

基本命令

命令	说明
`consoleemulator -r file.vml`	运行 VML 程序
`consoleemulator -r file.vml --debug`	启用调试跟踪
`consoleemulator -r file.vml --timeout 60`	60 秒超时 (0=无限制)
`consoleemulator -r file.vml --mode os`	OS 模式 (全部 SYSCALL)
`consoleemulator -s file.vml --debug`	单步调试
`consoleemulator -v`	显示版本

模拟设备类型

参数	设备	CPU	内存	显示
`--device apple2`	Apple II	6502 @1MHz	64KB	280×192 6色
`--device c64`	Commodore 64	6510 @1MHz	64KB	320×200 16色
`--device zxspectrum`	ZX Spectrum	Z80 @3.5MHz	48KB	256×192 15色
`--device msx`	MSX1	Z80 @3.58MHz	64KB	256×192 16色
`--device cpc464`	Amstrad CPC	Z80 @4MHz	64KB	640×200 27色
`--device pet2001`	Commodore PET	6502 @1MHz	32KB	40×25 文本

按键脚本自动化

# script.txt — 自动输入脚本
wait 1000           # 等待 1 秒
key Space           # 按空格
key 4
key 5
key Enter           # 确认
# 注释: 支持 a-z, 0-9, Space, Enter, Up, Down, Left, Right, F1-F12
# 组合键: key ctrl+a, key ctrl+shift+a

$ consoleemulator -r program.vml -k script.txt

VMLRuntimeC — C 跨平台运行时

纯 C99 实现，零依赖，可编译到任何有 C 编译器的平台 (~100KB)

特性

92/92 VML OpCode 全部实现
与 C# 运行时 100% 兼容 (同号同义)
VGA 80×25 文本模式渲染 (ANSI 彩色)
PC 扬声器模拟 + WAV 录音
MCU/OS 双模式
Makefile + CMake 双构建系统
支持静态链接 (单文件分发)

构建 & 使用

# 编译
cd VMLFast/VMLRuntimeC
make              # 标准编译
make release      # 发布编译
make static       # 静态编译
make install      # 安装到 /usr/local/bin

# 运行
./vmlrun program.vml          # VML 文本
./vmlrun program.vmb          # VMB 二进制
./vmlrun --os program.vml     # OS 模式
./vmlrun -d program.vml       # 调试模式
./vmlrun --vga program.vml    # VGA 渲染
./vmlrun --record-audio out.wav program.vml

OpCode 同步

VMLFast/VMLRuntimeC/include/vml_opcodes.h 必须与 VMLAssembler/OpCode.cs 值一一对应。C# OpCode.cs 是唯一权威定义。

VMLIde — 桌面 IDE (~70%)

基于 Avalonia 的跨平台桌面 IDE，集成代码编辑、编译、运行、AI 辅助

代码编辑器

语法高亮、代码补全、多标签页、22 种语言支持。集成前端编译器一键编译到 VML。

VML 调试器

断点设置、单步执行 (Step/Next/StepOut)、寄存器查看、内存浏览、反汇编视图。

设备可视化

FullDevicesEmulator 集成，VGA 显示输出、键盘输入、设备状态面板实时更新。

AI 面板

代码解释、编译器错误分析、VML 汇编优化建议。

中断与异常处理

VML 支持硬件中断和软件异常的完整机制

指令	值	说明
`CLI`	78	清除中断标志（关中断）
`STI`	79	设置中断标志（开中断）
`IRET`	80	从中断返回（恢复上下文）
`TRY`	81	尝试执行代码块，捕获异常
`CATCH`	—	异常处理入口标签
`ENDCATCH`	82	异常处理结束
`SYSCALL #70`	—	寄存器快照 (调试)
`SYSCALL #71`	—	寄存器恢复 (调试)