一种基于LLVM的ST语言编译方法及编译系统和编译器技术方案

本发明专利技术公开了一种基于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。

A compiling method, system and compiler of St language based on llvm

【技术实现步骤摘要】
一种基于LLVM的ST语言编译方法及编译系统和编译器
本专利技术属于语言编译
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于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LLVMIR，LLVM（LowLevelVirtualMachine）底层虚拟机。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：第一方面，本专利技术提供一种基于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；基于所述符号流，对所述符号流根据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，所述抽象语法树以表达式为节点；基于所述抽象语法树，对所述抽象语法树进行语义分析，得到带类型标识的抽象语法树；基于所述带类型标识的抽象语法树，对所述带类型标识的抽象语法树进行转换，生成LLVMIR。所述的基于LLVM的ST语言编译方法，所述符号流包括关键字、标识符、字面量(包含数字、字符串)和特殊符号(如加号、等号)。在上述方案的实施例中，所述语法表达式包括赋值表达式、括号表达式；所述语法分析采用上下文无关的语法的分析手段。在上述方案的实施例中，所述语义分析包括静态语义分析，静态语义分析包括声明和类型的匹配、类型的转换；经过语义分析，抽象语法树的各个表达式节点都标识了类型。所述带类型标识的抽象语法树包括：类型节点、表达式节点、语句节点和声明节点。第二方面，本专利技术提供一种编译系统，包括：获取模块，用于：获取结构化文本ST语言的源代码；词法分析模块，用于：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；语法分析模块，用于：对所述符号流根据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，所述抽象语法树以表达式为节点；语义分析模块，用于：对所述抽象语法树进行语义分析，得到带类型标识的抽象语法树；LLVMIR转换模块，用于：对所述带类型标识的抽象语法树进行转换，生成LLVMIR。在上述方案的实施例中，所述符号流包括关键字、标识符、字面量和特殊符号。所述语法表达式包括赋值表达式、括号表达式；所述语法分析采用上下文无关的语法的分析手段。在上述方案的实施例中，所述语义分析包括静态语义分析，静态语义分析包括声明和类型的匹配、类型的转换；经过语义分析，抽象语法树的各个表达式节点都标识了类型。第三方面，本专利技术提供一种编译器，包括所述的编译系统（即编译前端），还包括：LLVM优化器，用于对LLVMIR进行优化处理，得到优化的LLVMIR；LLVM后端，用于基于优化的LLVMIR，根据目标平台，生成目标机器码。有益效果：本专利技术提供的基于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LLVMIR，LLVMIR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。该编译方法采用LLVM编译器架构，实现了编译器的三段分离，便于后端的移植扩展，可以提升ST语言的编译效率。具有以下优点：1、编译器采用分层结构，前端、优化器和后端功能解耦，前端专注ST源程序解析。2、前端将ST语言源程序转换为LLVMIR，通用性强，便于后续LLVM优化器和LLVM后端处理。3、前端功能可扩展，IEC61131-3定义的其他几种编程语言也可以用类似流程处理源程序，最终转换为LLVMIR。4、优化器以LLVMIR为输入，和前端的ST语言完全无关，可以复用已有的优化技术，同时开放接口方便实现特殊的优化处理。5、后端根据目标平台，直接生成机器码，可移植性好。附图说明图1是根据本专利技术一个实施例的基于LLVM的ST语言编译方法的实现流程示意图；图2是根据本专利技术一个实施例的编译系统的框图；图3是根据本专利技术一个实施例的编译器的框图；图4是应用本专利技术实施例的PLC系统图。具体实施方式以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LLVM的ST语言编译方法，其特征在于，包括：/n获取结构化文本ST语言的源代码；/n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；/n基于所述符号流，对所述符号流根据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，所述抽象语法树以表达式为节点；/n基于所述抽象语法树，对所述抽象语法树进行语义分析，得到带类型标识的抽象语法树；/n基于所述带类型标识的抽象语法树，对所述带类型标识的抽象语法树进行转换，生成LLVM IR。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于LLVM的ST语言编译方法，其特征在于，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；
基于所述符号流，对所述符号流根据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，所述抽象语法树以表达式为节点；
基于所述抽象语法树，对所述抽象语法树进行语义分析，得到带类型标识的抽象语法树；
基于所述带类型标识的抽象语法树，对所述带类型标识的抽象语法树进行转换，生成LLVMIR。


2.根据权利要求1所述的基于LLVM的ST语言编译方法，其特征在于，所述符号流包括关键字、标识符、字面量和特殊符号。


3.根据权利要求1所述的基于LLVM的ST语言编译方法，其特征在于，所述语法表达式包括赋值表达式、括号表达式；
所述语法分析采用上下文无关的语法的分析手段。


4.根据权利要求1所述的基于LLVM的ST语言编译方法，其特征在于，所述语义分析包括静态语义分析，静态语义分析包括声明和类型的匹配、类型的转换；
经过语义分析，抽象语法树的各个表达式节点都标识了类型。


5.根据权利要求1所述的基于LLVM的ST语言编译方法，其特征在于，所述带类型标识的抽象语法树包括：类型节点、表达式节点、语句节点和声明节点。


6.一种编...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭壁垒，孙延岭，熊光亚，景波云，李冰，程潇黠，姜晓，姜鑫，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，南京南瑞水利水电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32