一種新的IEC31131-3語言編譯器中間結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案

  0 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)場設(shè)備運行的邏輯組態(tài)，從而實現(xiàn)對系統(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)自動化中建立了牢固的國際標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)外大部分工業(yè)自動化廠商都有提供基于國際標(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)自動化廠商的核心技術(shù)。IEC組態(tài)軟件的實現(xiàn)原理之一是將前端用各種組態(tài)語言(ST，LD，F(xiàn)BD，SFC，IL)編寫的程序轉(zhuǎn)化成中間結(jié)構(gòu)，再由組態(tài)軟件編譯后端根據(jù)不同的硬件平臺信息將中間結(jié)構(gòu)編譯成在該平臺上可執(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語言前端做到與目標(biāo)機器無關(guān)，而不依賴于目標(biāo)機器平臺，同時可節(jié)省IEC語言前端的翻譯工作?，F(xiàn)今編譯程序使用的中間結(jié)構(gòu)有很多種形式，常見的有逆波蘭式、三元式、四元式和樹形結(jié)構(gòu)，本文介紹一種基于三叉樹鏈表的中間結(jié)構(gòu)。

　　1 總體設(shè)計思想

　　基于樹形結(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)計方案，比如GCC、LCC、TCC等均使用二叉樹或者多又樹作為其中間結(jié)構(gòu)。本文介紹的是一種三叉樹的設(shè)計方案。該方案中，以中間結(jié)構(gòu)表示的高級語言程序單元就是三叉語法樹節(jié)點組成的多層森林，每一層森林都是一個一維雙向鏈表，鏈表中的每個“節(jié)點”稱之為語法樹(一棵三叉樹)，而每棵語法樹的節(jié)點則稱之為樹節(jié)點。其中，程序單元以POU(程序組織單元)為翻譯單位。

　　每個三叉樹節(jié)點包括的信息主要有語法樹的操作、節(jié)點類型、指向三個子樹的指針、鏈表前項與后項指針、關(guān)聯(lián)符號指針等。樹節(jié)點結(jié)構(gòu)體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示如下：

　　其中，語法操作表示該節(jié)點可以完成什么樣的“運算”。語法分析樹的語法操作符可以分為分別是POU節(jié)點操作符、語句操作符和表達式操作符三種類型，這三種類型的語法操作符將在下一節(jié)詳細(xì)介紹，通常可以語法分析樹的語法操作來區(qū)分不同的語法分析樹。

　　類型是指當(dāng)前語法分析樹所代表的語法操作的類型。

　　符號指針是指向該節(jié)點關(guān)聯(lián)的符號表項，并非所有節(jié)點的此項都有內(nèi)容，具體那些節(jié)點中可以關(guān)聯(lián)符號也將在下一節(jié)介紹。

　　圖1所示是一個POU程序單元以三叉樹鏈表的中間結(jié)構(gòu)總體表示的總體形式。

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

　　2 中間結(jié)構(gòu)說明

　　語法分析樹的語法操作符可分為POU節(jié)點操作符、語句操作符和表達式操作符三種類型。下面來詳細(xì)介紹這三種語法樹節(jié)點的各種屬性。

　　2．1 POU節(jié)點操作符

　　POU節(jié)點操作符可用于表示POU的開始、結(jié)束、作用域和變量定義。各節(jié)點屬性如表l所列。

　　其中，語法操作以宏定義的形式聲明。符號是該節(jié)點關(guān)聯(lián)的符號表項。符號可分為POU符號和變量符號。POU符號包括POU名、參數(shù)個數(shù)及類型、返回值類型、POU地址等信息；變量符號則包括變量名、類型、作用域和地址等信息。

　　表l中的唯一節(jié)點指整個森林第一層鏈表中的節(jié)點；葉節(jié)點指鏈表中一棵三叉樹的葉節(jié)點。

　　2．2 語句操作符

　　語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)用和無條件跳轉(zhuǎn)等。各節(jié)點屬性如表2所列。

　　表2中的根節(jié)點指森林中一棵三叉樹的根節(jié)點；中間節(jié)點指某三叉樹中的中間節(jié)點，它既非根節(jié)點，也非葉節(jié)點。CH00SE的左子節(jié)點是條件判定，中子節(jié)點是條件為真的內(nèi)容，右子節(jié)點是條件為假的內(nèi)容。同樣，LOOP的左子節(jié)點是條件判定，中子節(jié)點是循環(huán)體，右子節(jié)點是循環(huán)計數(shù)。對于WHILE語句，右子節(jié)點可以為空。RETURN的左子節(jié)點是返回表達式子樹。CALL的左子節(jié)點是參數(shù)子樹，中子節(jié)點是調(diào)用子樹。

　　2．3 表達式操作符

　　表達式操作符包括所有的高級語言運算符，如賦值、算術(shù)、關(guān)系、邏輯運算符等，以賦值、取地址和加法運算符為例，其表達式操作符號主要屬性如表3所列。

　　3 ST語言代碼對應(yīng)的中間結(jié)構(gòu)表示

　　本節(jié)以一段ST的POU程序為例，將其轉(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：

　　對應(yīng)的中間結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中，EQUAL是等值運算符的宏定義。

　　結(jié)束語

　　本文介紹了一種三叉樹的中間結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。該方案充分考慮了IEC61131—3組態(tài)軟件的多前端特性，并能夠做到不依賴于后端，同時為各語言翻譯前端的設(shè)計提供了很大的便利。這種中間結(jié)構(gòu)設(shè)計在HCC(Hollysys C Compiler)編譯器的開發(fā)中已經(jīng)實現(xiàn)，其可行性也得到了驗證，并已應(yīng)用在實際的組態(tài)軟件開發(fā)項目中。