基于IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的控制工程多語(yǔ)言編譯器的中期報(bào)告一、項(xiàng)目背景IEC61131-3是電氣自動(dòng)化領(lǐng)域中用于編程控制系統(tǒng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了PLC編程語(yǔ)言的語(yǔ)法和語(yǔ)義，包括LadderDiagram（LD）、FunctionBlockDiagram（FBD）、StructuredText（ST）、InstructionList（IL）和SequentialFunctionChart（SFC）等5種語(yǔ)言。這些語(yǔ)言的主要特點(diǎn)是易于理解、易于實(shí)施、可讀性強(qiáng)以及嵌入式系統(tǒng)可移植性強(qiáng)等。然而，IEC61131-3中的編程語(yǔ)言的局限性在實(shí)際應(yīng)用中逐漸暴露出來(lái)。首先，這些語(yǔ)言的表達(dá)能力有限，無(wú)法表達(dá)一些復(fù)雜的問(wèn)題和思想。其次，隨著控制系統(tǒng)的高度自動(dòng)化和智能化的需求提高，傳統(tǒng)的PLC編程語(yǔ)言已經(jīng)無(wú)法滿足需求。因此，越來(lái)越多的控制系統(tǒng)需求使用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)。本項(xiàng)目旨在開(kāi)發(fā)一款基于IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的控制工程多語(yǔ)言編譯器，該編譯器可以支持多種編程語(yǔ)言，包括C、C++、Java等，并提供與IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的語(yǔ)言互操作的接口。二、完成工作1.項(xiàng)目需求分析根據(jù)IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，PLC編程語(yǔ)言適用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。然而，PLC的應(yīng)用數(shù)量逐漸下降，由于高度自動(dòng)化和智能化的需求提高，控制系統(tǒng)更多地使用高級(jí)程序語(yǔ)言編寫(xiě)。本項(xiàng)目旨在解決控制系統(tǒng)中語(yǔ)言不兼容和互操作性差問(wèn)題，在遵守IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的前提下實(shí)現(xiàn)與高級(jí)語(yǔ)言的互操作。因此，項(xiàng)目需求分析主要包括以下幾個(gè)方面：（1）支持多語(yǔ)言：需要支持C、C++、Java等多種編程語(yǔ)言。（2）支持IEC61131-3語(yǔ)言:編譯器需要支持IEC61131-3的5種主要語(yǔ)言：LADDER、LD、FBD、IL和ST。（3）接口設(shè)計(jì):編譯器需要實(shí)現(xiàn)與高級(jí)語(yǔ)言的互操作，設(shè)計(jì)與IEC61131-3語(yǔ)言互操作接口。（4）性能優(yōu)化:編譯器需要優(yōu)化性能，提高編譯速度和執(zhí)行效率。2.項(xiàng)目設(shè)計(jì)本項(xiàng)目主要分為3個(gè)部分：前端、中間件和后端。前端負(fù)責(zé)解析源代碼并將其轉(zhuǎn)換為中間表示；中間件負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換中間表示到三元組碼；后端負(fù)責(zé)使用三元組碼生成目標(biāo)代碼。以下是項(xiàng)目的大致設(shè)計(jì)：（1）前端前端設(shè)計(jì)中，構(gòu)建了一個(gè)基于flex與bison的詞法解析器和語(yǔ)法解析器，對(duì)待編譯文件進(jìn)行解析和識(shí)別，可以處理文件類(lèi)型、數(shù)據(jù)類(lèi)型、變量、常量、表達(dá)式和控制語(yǔ)句等元素。（2）中間件中間件設(shè)計(jì)部分，利用中間表示將前端解析得到的源代碼轉(zhuǎn)化為三元組代碼。目的是為了簡(jiǎn)化后端代碼的生成，同時(shí)還可以進(jìn)行通用的優(yōu)化處理，如常數(shù)表達(dá)式計(jì)算和刪除死代碼等。（3）后端后端設(shè)計(jì)中，將三元組碼翻譯為目標(biāo)代碼，主要為不同語(yǔ)言設(shè)計(jì)相應(yīng)的目標(biāo)代碼。例如，C/C++的目標(biāo)代碼可以使用LLVM編譯器生成，而Java基于JVM可以利用Java字節(jié)碼生成庫(kù)生成等。3.項(xiàng)目進(jìn)展目前，項(xiàng)目已經(jīng)完成了前端部分的設(shè)計(jì)和部分開(kāi)發(fā)工作，可以實(shí)現(xiàn)LagerDiagram、FunctionalBlockDiagram和StructuralText的解析與語(yǔ)法錯(cuò)誤提示。在中間件方面，設(shè)計(jì)了相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，并已實(shí)現(xiàn)部分接口。在后端方面，已經(jīng)學(xué)習(xí)了LLVM和Java字節(jié)碼生成庫(kù)，并進(jìn)行了一些測(cè)試。下一步，我們將繼續(xù)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言庫(kù)和接口設(shè)計(jì)，優(yōu)化性能，并完善測(cè)試和文檔。三、開(kāi)發(fā)計(jì)劃基于IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的控制工程多語(yǔ)言編譯器預(yù)計(jì)在2022年底前完成。具體開(kāi)發(fā)計(jì)劃如下：（1）第一階段（2021年7月-2021年12月）：完成前端和部分中間件的開(kāi)發(fā)工作，完成LADDER、LD和FBD的解析與語(yǔ)法提示的實(shí)現(xiàn)。（2）第二階段（2022年1月-2022年6月）：完成中間件的開(kāi)發(fā)，并實(shí)現(xiàn)與不同高級(jí)程序編程的接口設(shè)計(jì)。（3）第三階段（2022