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Youmu Liu
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@@ -0,0 +1,369 @@
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# 时序控制专用 IL 规范（草案 v0.1）
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## 1. 概述
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本 IL（Intermediate Language）设计用于 i 线曝光机的实时运动控制与时序协调系统。它是一个**无分支、无跳转、无堆内存**的直线执行字节码，适用于确定性实时控制场景。
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### 1.1 设计原则
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- **极简性**：无分支/跳转/循环，所有指令直线执行
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- **确定性**：固定长度指令（32-bit），WCET 可精确计算
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- **时间驱动**：所有动作通过时间戳对齐，而非依赖/分支控制
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- **安全性**：静态验证，无动态内存分配
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### 1.2 适用场景
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- 多坐标系时序协调
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- 运动控制序列生成
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- IO 触发与数据采集
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- 轻量级数学运算（定点/简单序列生成）
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## 2. Bundle 结构
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一个完整的传输单元称为 **Bundle**，包含三部分：
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```
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+----------------+
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| Header | 固定大小（建议 32 字节）
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+----------------+
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| .data 段 | 可变长度，4B 对齐
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+----------------+
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| .instruction 段| 可变长度，每条指令 4B
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+----------------+
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```
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### 2.1 Header（32 字节）
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| 偏移 | 大小 | 字段名 | 说明 |
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|------|------|---------------------|-------------------------------------------|
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| 0 | 4 | `magic` | 魔数，建议 `0x58494C31` ("XIL1") |
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| 4 | 2 | `proto_ver` | 协议版本，例如 `0x0001` |
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| 6 | 2 | `bundle_type` | 包类型（运动/IO/通用） |
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| 8 | 8 | `execute_at_tick` | 绝对执行时刻（64-bit tick） |
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| 16 | 2 | `data_slot_count` | `.data` 段 slot 数量 |
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| 18 | 2 | `instruction_count` | `.instruction` 段指令条数 |
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| 20 | 4 | `flags` | 预留标志位 |
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| 24 | 4 | `data_crc` | `.data` 段 CRC32 |
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| 28 | 4 | `bundle_crc` | 整个 bundle CRC32（不含此字段本身） |
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## 3. .data 段
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### 3.1 Slot 模型
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- **最小粒度**：4 字节（32-bit slot）
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- **寻址方式**：所有指令通过 `slotIndex`（u8 或 u16）引用
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- **对齐规则**：
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- 所有对象起始地址必须是 4B 的倍数（slot 对齐）
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- 大对象可跨越多个 slot
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- 如需更高对齐（8/16B），由 assembler 插入 padding slot
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### 3.2 支持的类型
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| 类型名 | 大小（slot） | 对齐（slot） | 说明 |
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|------------------|--------------|--------------|-----------------------------------|
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| `INT32` / `U32` | 1 | 1 | 有符号/无符号 32 位整数 |
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||||
| `INT64` / `U64` | 2 | 2 | 64 位整数（占 2 个 slot） |
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||||
| `FLOAT32` | 1 | 1 | IEEE 754 单精度浮点（可选支持） |
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||||
| `MOTION_PROFILE` | N | 1 | 运动参数结构体（可扩展） |
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||||
| `VEC2` | 2 | 1 | 二维向量（2×i32 或 2×f32） |
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||||
| `ARRAY[N]` | N | 1 | 定长数组（每个元素 1 slot） |
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### 3.3 示例
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```asm
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.data
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||||
MOTION_PROFILE profile {
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||||
steps = 10,
|
||||
direction = 0,
|
||||
mode = 0
|
||||
} ; slot 0 ~ slot N-1
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||||
INT32 tick 100 ; slot N
|
||||
INT32 end 0 ; slot N+1
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||||
```
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---
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## 4. Instruction 段
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### 4.1 指令格式（固定 32-bit）
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||||
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||||
```
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+-------+-------+-------+-------+
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||||
| set | op | a | b |
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| byte0 | byte1 | byte2 | byte3 |
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||||
+-------+-------+-------+-------+
|
||||
```
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#### 字段说明
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||||
- `set`（byte0）：指令集/域（Instruction Set）
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||||
- `op`（byte1）：域内操作码（Operation）
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||||
- `a`（byte2）：参数 A（8-bit）
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||||
- `b`（byte3）：参数 B（8-bit）
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||||
#### 参数解释规则
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||||
每条指令的 `(a, b)` 解释方式由 `(set, op)` 唯一确定：
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||||
- **双参数模式**：`a` 和 `b` 分别作为两个 u8 参数
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||||
- **单参数模式**：`imm16 = a | (b << 8)`（小端序）
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||||
|
||||
**禁止同一 opcode 混用两种解释方式。**
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---
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### 4.2 指令集分类（set 域）
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| set 值 | 域名 | 说明 |
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||||
|--------|--------|------------------------|
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||||
| `0x00` | TIME | 时间控制与同步 |
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||||
| `0x10` | MOTION | 运动控制 |
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||||
| `0x20` | SYS | 系统参数读写 |
|
||||
| `0x30` | IO | IO 控制与数据上报 |
|
||||
| `0xF0` | META | 元指令（END/NOP/FAULT）|
|
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||||
---
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||||
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||||
### 4.3 指令表（最小集合示例）
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#### TIME 域（0x00）
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||||
| op | 助记符 | 参数 | 说明 |
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||||
|------|--------------|--------------|---------------------------------------|
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||||
| 0x00 | `AT_TICK` | `imm16` | 等待直到绝对 tick，`imm16=slotIndex` |
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||||
| 0x01 | `WAIT_DT` | `imm16` | 相对等待 dt tick |
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||||
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||||
**编码示例**：
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||||
```asm
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||||
AT_TICK tick ; 编码：0x00 0x00 [tick_slot_lo] [tick_slot_hi]
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||||
```
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||||
---
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||||
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||||
#### MOTION 域（0x10）
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||||
|
||||
| op | 助记符 | 参数 | 说明 |
|
||||
|------|----------------|-----------|----------------------------------------|
|
||||
| 0x00 | `AXIS_MOVE` | `a` | 执行运动，参数 `a=profile_slotIndex` |
|
||||
| 0x01 | `AXIS_STOP` | `a` | 停止轴，参数 `a=axis_id` |
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||||
| 0x02 | `AXIS_START` | `a` | 启动轴队列 |
|
||||
|
||||
**编码示例**：
|
||||
```asm
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||||
AXIS_MOVE profile ; 编码：0x10 0x00 [profile_slot] 0x00
|
||||
```
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||||
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||||
---
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||||
#### SYS 域（0x20）
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||||
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||||
| op | 助记符 | 参数 | 说明 |
|
||||
|------|--------------|-----------|----------------------------------------------|
|
||||
| 0x00 | `READ_SYS` | `a, b` | 读取系统参数，`a=dst_slot`, `b=sys_id` |
|
||||
| 0x01 | `WRITE_SYS` | `a, b` | 写入系统参数 |
|
||||
|
||||
**系统参数 ID（b）**：
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||||
- `0x00`：`SYS_TICK`（当前 tick）
|
||||
- `0x01`：`SYS_STATUS`（设备状态）
|
||||
- ...（可扩展）
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||||
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||||
**编码示例**：
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||||
```asm
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||||
READ_SYS end SYS_TICK ; 编码：0x20 0x00 [end_slot] 0x00
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||||
```
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||||
|
||||
---
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||||
|
||||
#### IO 域（0x30）
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||||
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||||
| op | 助记符 | 参数 | 说明 |
|
||||
|------|--------------|-----------|-------------------------------------------|
|
||||
| 0x00 | `IO_SET` | `a, b` | 设置 IO，`a=pin`, `b=value` |
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||||
| 0x01 | `REPORT` | `a` | 上报数据，`a=src_slot` |
|
||||
| 0x02 | `SAMPLE` | `a, b` | 采样，`a=chan`, `b=dst_slot` |
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||||
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||||
**编码示例**：
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||||
```asm
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||||
REPORT end ; 编码：0x30 0x01 [end_slot] 0x00
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||||
```
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||||
---
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||||
#### META 域（0xF0）
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||||
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||||
| op | 助记符 | 参数 | 说明 |
|
||||
|------|----------|------|------------------|
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||||
| 0x00 | `END` | 无 | 指令流结束 |
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||||
| 0x01 | `NOP` | 无 | 空操作 |
|
||||
|
||||
**编码示例**：
|
||||
```asm
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||||
END ; 编码：0xF0 0x00 0x00 0x00
|
||||
```
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||||
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||||
---
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||||
## 5. 完整示例
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### 5.1 汇编源码
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```asm
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||||
; 等待到指定 tick，执行一次运动，记录结束时刻并上报
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||||
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||||
.bundle t=123456 type=MOTION
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||||
|
||||
.data
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||||
MOTION_PROFILE profile {
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||||
steps = 10,
|
||||
direction = 0,
|
||||
mode = OPEN_LOOP
|
||||
} ; slot 0
|
||||
INT32 tick 100 ; slot 1
|
||||
INT32 end 0 ; slot 2
|
||||
|
||||
.instruction
|
||||
AT_TICK tick ; 等待到 tick=100
|
||||
AXIS_MOVE profile ; 执行运动
|
||||
READ_SYS end SYS_TICK ; 读取当前 tick 到 end
|
||||
REPORT end ; 上报 end
|
||||
END ; 结束
|
||||
```
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||||
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||||
---
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### 5.2 二进制布局（示意）
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||||
#### Header（32 字节）
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||||
```
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58 49 4C 31 00 01 00 01 00 01 E2 40 00 00 00 00
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||||
03 00 05 00 00 00 00 00 XX XX XX XX YY YY YY YY
|
||||
```
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||||
- magic: `XIL1`
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||||
- proto_ver: `0x0001`
|
||||
- bundle_type: `0x0001`（MOTION）
|
||||
- execute_at_tick: `123456`
|
||||
- data_slot_count: `3`
|
||||
- instruction_count: `5`
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||||
- CRC 略
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||||
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||||
#### .data 段（3 slots × 4 bytes = 12 bytes）
|
||||
```
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||||
; slot 0: MOTION_PROFILE（示意，实际结构依实现）
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||||
0A 00 00 00 ; steps=10
|
||||
00 00 00 00 ; direction=0, mode=0
|
||||
|
||||
; slot 1: tick=100
|
||||
64 00 00 00
|
||||
|
||||
; slot 2: end=0
|
||||
00 00 00 00
|
||||
```
|
||||
|
||||
#### .instruction 段（5 条 × 4 bytes = 20 bytes）
|
||||
```
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||||
00 00 01 00 ; AT_TICK slot[1]
|
||||
10 00 00 00 ; AXIS_MOVE slot[0]
|
||||
20 00 02 00 ; READ_SYS slot[2], SYS_TICK
|
||||
30 01 02 00 ; REPORT slot[2]
|
||||
F0 00 00 00 ; END
|
||||
```
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||||
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---
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||||
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||||
## 6. 校验与安全
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### 6.1 静态验证（加载阶段）
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- Header CRC 校验
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- `data_slot_count` 与实际长度一致性
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||||
- `instruction_count` 与实际条数一致性
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||||
- 所有 slotIndex 不越界（`< data_slot_count`）
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||||
- 所有 `(set, op)` 在白名单内
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||||
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||||
### 6.2 运行时保护
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||||
- 执行时间上限（timeout）
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||||
- 状态机约束（例如未 Homed 禁止 MOTION）
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||||
- 参数范围校验（速度/加速度/行程边界）
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||||
- 看门狗与硬件急停链路
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||||
### 6.3 错误处理
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- 验证失败：拒绝加载，返回错误码
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||||
- 执行超时：触发 FAULT，进入安全态
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||||
- 非法 opcode：触发 FAULT
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## 7. 工具链
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||||
### 7.1 Assembler（文本 → 二进制）
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||||
- 输入：`.asm` 汇编文本
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- 输出：`.bin` bundle 二进制
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- 功能：
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||||
- 符号表管理（slotIndex 分配）
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||||
- CRC 自动计算
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||||
- 对齐与 padding 插入
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||||
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||||
### 7.2 Disassembler（二进制 → 文本）
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||||
- 输入：`.bin` bundle 或抓包数据
|
||||
- 输出：可读汇编文本
|
||||
- 功能：
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||||
- 指令解码
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||||
- slotIndex 显示（可选符号名）
|
||||
- CRC 验证
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||||
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||||
### 7.3 Debugger / Simulator（可选）
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||||
- 离线模拟执行
|
||||
- 单步调试
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||||
- 时间轴可视化
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||||
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---
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||||
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||||
## 8. 扩展与版本化
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||||
### 8.1 版本控制
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||||
- 每个 bundle 携带 `proto_ver`
|
||||
- 节点启动时上报支持的版本列表
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||||
- 主控拒绝不兼容版本的 bundle
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||||
|
||||
### 8.2 向后兼容策略
|
||||
- 新增 opcode 分配到未使用的 `(set, op)`
|
||||
- 已有 opcode 语义不变
|
||||
- 大版本变更时允许不兼容
|
||||
|
||||
### 8.3 未来扩展点
|
||||
- 子过程/宏指令（`CALL_MACRO`）
|
||||
- 条件执行（predication，非跳转）
|
||||
- 多轴并行编排（multi-axis bundle）
|
||||
|
||||
---
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||||
## 9. 附录
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||||
### 9.1 字节序
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||||
- 所有多字节字段使用**小端序（Little-Endian）**
|
||||
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||||
### 9.2 Tick 分辨率
|
||||
- 建议：1 tick = 1 µs 或 10 µs
|
||||
- 由系统配置决定，在文档中明确
|
||||
|
||||
### 9.3 MOTION_PROFILE 结构（示例）
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||||
```c
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||||
struct MotionProfile {
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||||
int32_t steps; // 步数
|
||||
uint8_t direction; // 方向：0=负，1=正
|
||||
uint8_t mode; // 模式：0=开环，1=闭环
|
||||
uint16_t reserved; // 预留
|
||||
int32_t velocity; // 速度（可选）
|
||||
int32_t acceleration; // 加速度（可选）
|
||||
};
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 10. 参考文献与致谢
|
||||
- VLIW 架构设计原则
|
||||
- PLC 微编程语言
|
||||
- 实时系统可验证字节码设计
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
**文档版本**：v0.1
|
||||
**最后更新**：2026-01-25
|
||||
**维护者**：[你的团队名称]
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||||
+111
@@ -0,0 +1,111 @@
|
||||
# ngra 技术构想与里程碑路线图（草案）
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||||
|
||||
> 当前阶段：项目尚在早期准备期（正则状态机 + CPU 线代库同步开发），
|
||||
> ngra 核心尚未正式开工，因此本文仅作为整体方向与路线规划。
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||||
|
||||
---
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||||
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||||
## 1. ngra 的核心定位
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||||
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||||
ngra 是一个以 **“语法岛划分 + token 序列驱动”** 为核心的结构化前端系统，
|
||||
目标是支持多语言解析、可扩展语义分析，并最终作为跨语言编译链的一部分。
|
||||
|
||||
核心原则：
|
||||
|
||||
- 强制内置 token 集，避免不受控的字符正则扩展
|
||||
- 规则描述以 **token 序列 + 结构规则** 为主
|
||||
- 优先工程可行性与可维护性，而非极端语法自由度
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 2. 解析策略
|
||||
|
||||
### 2.1 语法岛 + 并行语义模型
|
||||
- **第一阶段：语法岛划分**
|
||||
- 得到最外层符号结构（schema / entity / function / block 等）
|
||||
- **第二阶段：并行语义分析**
|
||||
- 岛屿之间并行解析与语义分析
|
||||
- 外层上下文以只读快照共享
|
||||
|
||||
### 2.2 宏处理策略
|
||||
- 宏视为结构级符号
|
||||
- 进行“替换 → 局部重解析”
|
||||
- 避免在完整语法解析中引入宏的动态不确定性
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 3. 输出形式
|
||||
|
||||
ngra 的输出形态计划分为两级：
|
||||
|
||||
- **High AST**：语义节点
|
||||
- **Low-level C# AST**：可降级、可转译的中间表示
|
||||
|
||||
后续可进一步扩展为 LLVM-like IR 或面向 GLSL 的特化 IR。
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 4. 里程碑路线图（先 EXPRESS 后 Lua）
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||||
|
||||
### 里程碑 1：EXPRESS 前端（ISO 10303-11）
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||||
**目标**：解决 STEP 文件解析的关键技术依赖
|
||||
**原因**：EXPRESS 是 STEP 模型解释的核心语言，必须优先完成
|
||||
|
||||
交付内容：
|
||||
- EXPRESS 的 token 规则集
|
||||
- 语法岛划分策略（schema / entity / type / rule）
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||||
- EXPRESS AST + 语义检查（最小闭环）
|
||||
- STEP 文件解析所需的语义映射基础
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
### 里程碑 2：Lua 前端（通用前端验证）
|
||||
**目标**：验证 ngra 可作为图灵完备语言前端
|
||||
**理由**：Lua 语法稳定、结构清晰，适合验证通用性
|
||||
|
||||
交付内容：
|
||||
- Lua 最小子集语法
|
||||
- Lua AST → Low-level C# AST
|
||||
- 最小执行闭环（不依赖外部解释器）
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
### 里程碑 3：内部脚本系统
|
||||
**目标**：将 ngra 发展为可扩展脚本前端
|
||||
|
||||
交付内容：
|
||||
- 统一 AST/IR 接口
|
||||
- Low-level C# 执行/编译通道
|
||||
- 标准化 token / 规则机制
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
### 里程碑 4：C# → GLSL（GPGPU 编译链）
|
||||
**目标**：将符合约束的 C# 子集转译为着色器语言
|
||||
|
||||
交付内容：
|
||||
- C# 可转译子集规范
|
||||
- Low-level C# → GLSL 编译器
|
||||
- GPGPU 运行时绑定支持
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 5. 当前阶段说明
|
||||
|
||||
当前阶段尚处于准备期：
|
||||
|
||||
- 正则状态机仍在开发
|
||||
- 同时进行 CPU 线性代数库开发
|
||||
- ngra 核心尚未正式启动
|
||||
|
||||
因此本文仅作为 **方向与路线规划**，具体实现细节将在核心启动后展开。
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 6. 后续可展开内容（待定）
|
||||
|
||||
- EXPRESS 最小语法子集
|
||||
- Lua 最小可运行语法集
|
||||
- Low-level C# AST 草图
|
||||
- C# → GLSL 子集约束清单
|
||||
- 规则 DSL 草案
|
||||
Reference in New Issue
Block a user