[发明专利]一种基于LLVM的ST语言编译方法及编译系统和编译器

说明书

本发明公开了一种基于LLVM的ST语言编译方法及编译系统和编译器，方法包括：获取结构化文本ST语言的源代码；对结构化文本ST语言的源代码按照IEC61131‑3定义的词法规则进行词法分析，得到符号流；对符号流根据IEC61131‑3定义的语法表达式，进行语法分析，得到一个表征ST语言的源代码对应的程序结构的抽象语法树，抽象语法树以表达式为节点；对抽象语法树进行语义分析，得到带类型标识的抽象语法树；对带类型标识的抽象语法树进行转换，生成LLVM IR。将ST语言代码转换成LLVM IR，LLVM IR独立于ST语言和目标平台，可以利用LLVM优化器进行优化，最后通过LLVM后端生成针对目标平台的机器代码。

技术领域

本发明属于语言编译技术领域，具体涉及一种基于LLVM的ST语言编译方法及编译系统和编译器。

背景技术

ST语言是IEC61131-3标准中PLC编程语言之一，适用在大中型PLC系统中编写结构复杂的PLC程序。

可编程控制器(PLC)是为工业控制应用而设计制造的，其逻辑控制是通过PLC编程语言实现，国际标准IEC61131-3定义了5种PLC编程语言：梯形图(LD)，功能块图(FBD)，顺序功能图(SFC)，指令表(IL)和结构化文本(ST)。前三种是可视化的编程语言，特点是简单直观，其中梯形图与传统继电控制图相似，用户不需要具备专业的计算机编程知识，就能编写梯形图程序，从而极大推进了PLC在生产实践中的运用；指令表和ST语言属于文本化编程语言，指令表类似于汇编语言，与梯形图之间存在对应关系；ST语言类似于C语言和PASCAL语言，适用于复杂程序编写，更符合程序员的使用习惯。

PLC程序有解释执行和编译执行两种运行方式。解释执行的优点是不产生目标文件，所以是平台无关的，程序运行依赖于底层的解释器，解释器功能类似于虚拟机，屏蔽了硬件平台的差异，负责对程序语言的分析执行，但是解释执行效率较低，如果程序结构复杂或者PLC控制的实时性要求较高时，解释执行方式无法满足控制的性能要求。编译执行需要实现PLC语言编译系统，编译系统将PLC程序编译为特定硬件平台能执行的机器码，所以运行速度快。独立实现编译系统比较复杂，同时传统的编译系统架构复用性较差，前端和后端存在耦合，当PLC程序运行的硬件平台改变时，编译系统需要重新构建；通过先把PLC程序转化为中间语言，再转换成高级编程语言（例如C语言），最后利用GCC编译器编译生成机器码，该方法也能实现PLC编译执行，但是增加了PLC程序向C语言的转换过程，降低了编译效率。

如何结合PLC程序两种执行方式的优点，在提升PLC编译和执行效率的同时，构建出一种低耦合高复用的编译方法，是PLC研发和生产厂家必须考虑和解决的课题。

现有技术存在以下缺陷：传统的编译器架构，包括前端（Frontend）、优化器（Optimizer）和后端（Backend）。其中，前端生成中间代码（IR）；优化器负责中间代码的优化；后端负责生成机器码。传统的编译器架构前端和后端耦合在一起，优化器的设计也依赖于中间语言和具体的硬件平台，缺乏通用性，当需要支持新的编程语言和新的硬件设备时，由于中间语言缺乏通用性，前端和后端都要重新实现。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于LLVM的ST语言编译方法及编译系统和编译器，针对ST语言，提出了一种编译器前端（Frontend），该前端将ST语言代码转换成LLVM IR，LLVM（Low Level Virtual Machine）底层虚拟机。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

第一方面，本发明提供一种基于LLVM的ST语言编译方法，包括：

获取结构化文本ST语言的源代码；

对结构化文本ST语言的源代码按照IEC61131-3定义的词法规则进行词法分析，得到符号流；