前言
在半年前，我萌生了創造一門獨特的編程語言的想法。大約三個月前，腦中的這個想法逐漸變得清晰，我想實現一種可以不用鍵盤就能編寫代碼的語言。比較准確得說應該是一門圖形化編程語言，不完全是像藍圖腳本那樣，而是結合代碼和圖形的優點。
設想中它是一門高級解釋型語言，所以我先命名它為“H”語言，意為高級。但我能力和水平非常有效，在實現的准備過程中就被絆倒了，於是我開始考慮將它實現為靜態編譯語言，先編譯為中間代碼，再解釋執行。
這篇文章介紹的就是這當中的中間代碼，因為它層次比"H"低，所以我命名為“L”語言。
這段時間我暫時放下之前GBA上的光線追蹤，開始設計L語言的指令集和虛擬機。現在虛擬機可以高效的運行指令字節碼，並調用系統函數，實現輸入輸出等功能。這篇文章記錄了目前的進度。
指令設計的基礎應該是虛擬機的架構，因此我先簡要說明虛擬機特點，然后是指令集特點，最后詳細介紹指令設計過程。
虛擬機
通過中間代碼在不同架構，不同平台的系統上運行程序的方法大概叫虛擬機技術，例如JAVA和.NET都是運行各自指令集的虛擬機。
我的虛擬機設計的目標是為了方便運行我的H語言，我將他稱為LVM，意為低級虛擬機（和LLVM名字很像 : D 我也是事后發現的）。
學過計算機架構的也許知道基於棧的虛擬機和基於寄存器的虛擬機，我的LVM是基於寄存器的，但有它自己的特點。
在現代計算機中，函數調用需要保存寄存器，移動寄存器和壓棧出棧，會占用很多時間。這是因為寄存器的數量有效，而在虛擬機的設計中，完全可以不考慮寄存器的限制，例如可以給每個函數調用分配一組內存模擬的虛擬寄存器，這樣就不必保存和恢復現場。
我則采用了一種寄存器指針的方法，寄存器指針指示寄存器窗口的位置，調用函數會移動窗口位置，且原窗口和新窗口位置存在重疊，用於傳遞參數。
結合此圖，函數調用的過程為
- 調用者把參數放到寄存器窗口的末尾。
- 調用者將窗口后移，使原來的末尾變成開頭.
- 調用者把PC保存到窗口前之前。
- 調用函數（PC跳轉）。
- 被調用函數執行完后，從窗口前讀取PC，回到調用前位置。
- 最后將窗口移回原位。
通過這種方法既可以不用保存現場，也不用移動寄存器。在寫這篇文章時，我才查到這種方法在我之前就已提出，名稱是重疊寄存器窗口技術，用於精簡指令集處理器中，其中的范例是SPARC。因此我的虛擬機也可稱為基於重疊寄存器窗口技術的虛擬機。
截至目前為止，虛擬機的結構如下：
可以看到：
- 寄存器窗口有16個寄存器，而虛擬寄存器有一萬多個。這就是軟件虛擬的好處，是SPARC等硬件處理器不能做到的。
- 雖然現在留有SP寄存器，但實際上除了寄存器列，並沒有棧，因此也沒有棧指令，我想先探究依靠靈活的寄存器窗口和寄存器列能否替代棧。
- 指令譯碼后儲存為VL字節碼，加載到內存后由vcode指針連接到虛擬機。
- 沒有使用標志位（或者叫程序狀態字）
附帶一提寄存器統一是32位或64位，目前按32位設計指令。
指令集
很隨意的命名為VL指令集，代表變長低級指令集。此外編譯器已經寫好，可以將其對應的LASM匯編語言編譯到VL字節碼。
目前指令約80條，包含寄存器移動、內存讀取儲存、加減乘除、移位、位運算、跳轉、分支、寄存器窗口操作和系統指令。
個人感覺VL指令集功能應該在精簡和復雜指令集之間。
正如前面所說，指令是依附於機器的，所以指令的Call和Return的操作都比較特殊，還有特殊的寄存器窗口移動指令，但沒有棧操作指令。
因為面向的是軟件層面，且是實時解釋執行的，這些指令的字節碼都盡量比較規整，例如操作碼是1字節的，兩個寄存器各4bit拼一起也是1字節，盡量避免讀取譯碼的額外操作。指令不是像大多精簡指令集一樣定長，而是以字節為單位，長度在1-6字節之間。這會導致指令執行增加一點變數，速度受到影響，但節約了大量的空間所以也不用心疼。
這是一些字節碼的安排（靠右為低字節）：
設計指令集
指令集的組成和設計指令集的過程我放到下一篇文章中詳細說明。
而下下篇文章，我會繼續介紹LVM虛擬機的實現過程和優化心得。