基于IEC61131-3标准的控制工程多语言编译器的中期报告

基于IEC61131-3标准的控制工程多语言编译器的中期报告一、项目背景IEC61131-3是电气自动化领域中用于编程控制系统的国际标准。该标准定义了PLC编程语言的语法和语义，包括LadderDiagram（LD）、FunctionBlockDiagram（FBD）、StructuredText（ST）、InstructionList（IL）和SequentialFunctionChart（SFC）等5种语言。这些语言的主要特点是易于理解、易于实施、可读性强以及嵌入式系统可移植性强等。然而，IEC61131-3中的编程语言的局限性在实际应用中逐渐暴露出来。首先，这些语言的表达能力有限，无法表达一些复杂的问题和思想。其次，随着控制系统的高度自动化和智能化的需求提高，传统的PLC编程语言已经无法满足需求。因此，越来越多的控制系统需求使用高级语言编写。本项目旨在开发一款基于IEC61131-3标准的控制工程多语言编译器，该编译器可以支持多种编程语言，包括C、C++、Java等，并提供与IEC61131-3标准的语言互操作的接口。二、完成工作1.项目需求分析根据IEC61131-3标准，PLC编程语言适用于工业自动化领域。然而，PLC的应用数量逐渐下降，由于高度自动化和智能化的需求提高，控制系统更多地使用高级程序语言编写。本项目旨在解决控制系统中语言不兼容和互操作性差问题，在遵守IEC61131-3标准的前提下实现与高级语言的互操作。因此，项目需求分析主要包括以下几个方面：（1）支持多语言：需要支持C、C++、Java等多种编程语言。（2）支持IEC61131-3语言:编译器需要支持IEC61131-3的5种主要语言：LADDER、LD、FBD、IL和ST。（3）接口设计:编译器需要实现与高级语言的互操作，设计与IEC61131-3语言互操作接口。（4）性能优化:编译器需要优化性能，提高编译速度和执行效率。2.项目设计本项目主要分为3个部分：前端、中间件和后端。前端负责解析源代码并将其转换为中间表示；中间件负责转换中间表示到三元组码；后端负责使用三元组码生成目标代码。以下是项目的大致设计：（1）前端前端设计中，构建了一个基于flex与bison的词法解析器和语法解析器，对待编译文件进行解析和识别，可以处理文件类型、数据类型、变量、常量、表达式和控制语句等元素。（2）中间件中间件设计部分，利用中间表示将前端解析得到的源代码转化为三元组代码。目的是为了简化后端代码的生成，同时还可以进行通用的优化处理，如常数表达式计算和删除死代码等。（3）后端后端设计中，将三元组码翻译为目标代码，主要为不同语言设计相应的目标代码。例如，C/C++的目标代码可以使用LLVM编译器生成，而Java基于JVM可以利用Java字节码生成库生成等。3.项目进展目前，项目已经完成了前端部分的设计和部分开发工作，可以实现LagerDiagram、FunctionalBlockDiagram和StructuralText的解析与语法错误提示。在中间件方面，设计了相关的数据结构和算法，并已实现部分接口。在后端方面，已经学习了LLVM和Java字节码生成库，并进行了一些测试。下一步，我们将继续实现语言库和接口设计，优化性能，并完善测试和文档。三、开发计划基于IEC61131-3标准的控制工程多语言编译器预计在2022年底前完成。具体开发计划如下：（1）第一阶段（2021年7月-2021年12月）：完成前端和部分中间件的开发工作，完成LADDER、LD和FBD的解析与语法提示的实现。（2）第二阶段（2022年1月-2022年6月）：完成中间件的开发，并实现与不同高级程序编程的接口设计。（3）第三阶段（2022