一種新的IEC61131—3語(yǔ)言編譯器中間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案

摘要：介紹了一種適合IEC6113l一3工業(yè)語(yǔ)言編譯器中間結(jié)構(gòu)的全新型設(shè)計(jì)思想；并以ST語(yǔ)言為例，將一段ST語(yǔ)言代碼翻譯成為中間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，同時(shí)論證了該中間結(jié)構(gòu)的可行性。
關(guān)鍵詞：IEC語(yǔ)言；編譯器；中間結(jié)構(gòu)

O 引言
    IEC61131—3組態(tài)軟件是分布式控制系統(tǒng)中的上位軟件，是工程師與系統(tǒng)的接口，可完成控制系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行的邏輯組態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。隨著PLC與DCS系統(tǒng)的應(yīng)用日趨廣泛，IEC6113l一3已經(jīng)在工業(yè)自動(dòng)化中建立了牢固的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)外大部分工業(yè)自動(dòng)化廠商都有提供基于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC6113l一3的IEC組態(tài)編程系統(tǒng)，IEC組態(tài)軟件的研發(fā)已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化廠商的核心技術(shù)。IEC組態(tài)軟件的實(shí)現(xiàn)原理之一是將前端用各種組態(tài)語(yǔ)言(ST，LD，F(xiàn)BD，SFC，IL)編寫(xiě)的程序轉(zhuǎn)化成中間結(jié)構(gòu)，再由組態(tài)軟件編譯后端根據(jù)不同的硬件平臺(tái)信息將中間結(jié)構(gòu)編譯成在該平臺(tái)上可執(zhí)行的目標(biāo)文件。組態(tài)軟件編譯部分的中間結(jié)構(gòu)是組態(tài)軟件IEC語(yǔ)言前端與組態(tài)軟件編譯后端的主要接口。好的中間結(jié)構(gòu)可使IEC語(yǔ)言前端做到與目標(biāo)機(jī)器無(wú)關(guān)，而不依賴(lài)于目標(biāo)機(jī)器平臺(tái)，同時(shí)可節(jié)省IEC語(yǔ)言前端的翻譯工作?，F(xiàn)今編譯程序使用的中間結(jié)構(gòu)有很多種形式，常見(jiàn)的有逆波蘭式、三元式、四元式和樹(shù)形結(jié)構(gòu)，本文介紹一種基于三叉樹(shù)鏈表的中間結(jié)構(gòu)。

1 總體設(shè)計(jì)思想
    基于樹(shù)形結(jié)構(gòu)的中間結(jié)構(gòu)是現(xiàn)今大多數(shù)編譯器中間結(jié)構(gòu)的主流設(shè)計(jì)方案，比如GCC、LCC、TCC等均使用二叉樹(shù)或者多又樹(shù)作為其中間結(jié)構(gòu)。本文介紹的是一種三叉樹(shù)的設(shè)計(jì)方案。該方案中，以中間結(jié)構(gòu)表示的高級(jí)語(yǔ)言程序單元就是三叉語(yǔ)法樹(shù)節(jié)點(diǎn)組成的多層森林，每一層森林都是一個(gè)一維雙向鏈表，鏈表中的每個(gè)“節(jié)點(diǎn)”稱(chēng)之為語(yǔ)法樹(shù)(一棵三叉樹(shù))，而每棵語(yǔ)法樹(shù)的節(jié)點(diǎn)則稱(chēng)之為樹(shù)節(jié)點(diǎn)。其中，程序單元以POU(程序組織單元)為翻譯單位。
    每個(gè)三叉樹(shù)節(jié)點(diǎn)包括的信息主要有語(yǔ)法樹(shù)的操作、節(jié)點(diǎn)類(lèi)型、指向三個(gè)子樹(shù)的指針、鏈表前項(xiàng)與后項(xiàng)指針、關(guān)聯(lián)符號(hào)指針等。樹(shù)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示如下：
   
    其中，語(yǔ)法操作表示該節(jié)點(diǎn)可以完成什么樣的“運(yùn)算”。語(yǔ)法分析樹(shù)的語(yǔ)法操作符可以分為分別是POU節(jié)點(diǎn)操作符、語(yǔ)句操作符和表達(dá)式操作符三種類(lèi)型，這三種類(lèi)型的語(yǔ)法操作符將在下一節(jié)詳細(xì)介紹，通?？梢哉Z(yǔ)法分析樹(shù)的語(yǔ)法操作來(lái)區(qū)分不同的語(yǔ)法分析樹(shù)。
    類(lèi)型是指當(dāng)前語(yǔ)法分析樹(shù)所代表的語(yǔ)法操作的類(lèi)型。
    符號(hào)指針是指向該節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的符號(hào)表項(xiàng)，并非所有節(jié)點(diǎn)的此項(xiàng)都有內(nèi)容，具體那些節(jié)點(diǎn)中可以關(guān)聯(lián)符號(hào)也將在下一節(jié)介紹。
    圖1所示是一個(gè)POU程序單元以三叉樹(shù)鏈表的中間結(jié)構(gòu)總體表示的總體形式。

    采用三叉樹(shù)森林的方法能夠充分的表示正常的高級(jí)語(yǔ)言，同時(shí)，與其他編譯器不同，該方法還引入了POU節(jié)點(diǎn)操作符和語(yǔ)句操作符，而省去了前端大量語(yǔ)法翻譯的工作，符合IEC工業(yè)語(yǔ)言編譯器多前端的特征。

2 中間結(jié)構(gòu)說(shuō)明
    語(yǔ)法分析樹(shù)的語(yǔ)法操作符可分為POU節(jié)點(diǎn)操作符、語(yǔ)句操作符和表達(dá)式操作符三種類(lèi)型。下面來(lái)詳細(xì)介紹這三種語(yǔ)法樹(shù)節(jié)點(diǎn)的各種屬性。
2．1 POU節(jié)點(diǎn)操作符
    POU節(jié)點(diǎn)操作符可用于表示POU的開(kāi)始、結(jié)束、作用域和變量定義。各節(jié)點(diǎn)屬性如表l所列。
    其中，語(yǔ)法操作以宏定義的形式聲明。符號(hào)是該節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的符號(hào)表項(xiàng)。符號(hào)可分為POU符號(hào)和變量符號(hào)。POU符號(hào)包括POU名、參數(shù)個(gè)數(shù)及
類(lèi)型、返回值類(lèi)型、POU地址等信息；變量符號(hào)則包括變量名、類(lèi)型、作用域和地址等信息。
    表l中的唯一節(jié)點(diǎn)指整個(gè)森林第一層鏈表中的節(jié)點(diǎn)；葉節(jié)點(diǎn)指鏈表中一棵三叉樹(shù)的葉節(jié)點(diǎn)。

2．2 語(yǔ)句操作符
    語(yǔ)句操作符分為分支選擇操作符、循環(huán)操作符、跳出、返回、調(diào)用和無(wú)條件跳轉(zhuǎn)等。各節(jié)點(diǎn)屬性如表2所列。
    表2中的根節(jié)點(diǎn)指森林中一棵三叉樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)；中間節(jié)點(diǎn)指某三叉樹(shù)中的中間節(jié)點(diǎn)，它既非根節(jié)點(diǎn)，也非葉節(jié)點(diǎn)。CH00SE的左子節(jié)點(diǎn)是條
件判定，中子節(jié)點(diǎn)是條件為真的內(nèi)容，右子節(jié)點(diǎn)是條件為假的內(nèi)容。同樣，LOOP的左子節(jié)點(diǎn)是條件判定，中子節(jié)點(diǎn)是循環(huán)體，右子節(jié)點(diǎn)是循環(huán)計(jì)數(shù)。對(duì)于WHILE語(yǔ)句，右子節(jié)點(diǎn)可以為空。RETURN的左子節(jié)點(diǎn)是返回表達(dá)式子樹(shù)。CALL的左子節(jié)點(diǎn)是參數(shù)子樹(shù)，中子節(jié)點(diǎn)是調(diào)用子樹(shù)。
2．3 表達(dá)式操作符
    表達(dá)式操作符包括所有的高級(jí)語(yǔ)言運(yùn)算符，如賦值、算術(shù)、關(guān)系、邏輯運(yùn)算符等，以賦值、取地址和加法運(yùn)算符為例，其表達(dá)式操作符號(hào)主要屬性如表3所列。

3 ST語(yǔ)言代碼對(duì)應(yīng)的中間結(jié)構(gòu)表示
    本節(jié)以一段ST的POU程序?yàn)槔瑢⑵滢D(zhuǎn)化為中間結(jié)構(gòu)，以證明中間結(jié)構(gòu)的可行性。假設(shè)此POU中所定義的整型變量為a，b，那么，其POU
程序如下：
    a：=l：
    b：=a+2：
    IF (a=b) THEN
    a：=a+1：
    ELSE
    b：=b+1：
    END_IF；
    對(duì)應(yīng)的中間結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中，EQUAL是等值運(yùn)算符的宏定義。

 結(jié)束語(yǔ)
    本文介紹了一種三叉樹(shù)的中間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。該方案充分考慮了IEC61131—3組態(tài)軟件的多前端特性，并能夠做到不依賴(lài)于后端，同時(shí)為各語(yǔ)言翻譯前端的設(shè)計(jì)提供了很大的便利。這種中間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在HCC(Hollysys C Compiler)編譯器的開(kāi)發(fā)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，其可行性也得到了驗(yàn)證，并已應(yīng)用在實(shí)際的組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中。