一種可程式語言編譯裝載系統及方法與流程

2023-12-11 19:06:57 1

本發明涉及一種可程式語言編譯裝載系統及方法，特別適用於各種工業可編程控制應用場合，能有效提高程序的執行效率。

背景技術：

傳統的工業現場使用的可編程控制器（PLC）以及分散控制系統（DCS）中的分散處理單元，均可通過組態軟體進行用戶編程，用戶編程軟體通過對高級語言源文件進行編譯，生成虛擬指令，通過通訊接口下載到控制器中，控制器通過解釋虛擬指令運行組態程序。這種方法的優點是可移植性強，能夠在不同硬體平臺進行移植，缺點是運行效率不高，相同的計算功能，虛擬指令的運行比機器指令運行至少慢20倍。另一種編譯方式是通過對高級語言直接編譯為目標平臺的機器指令，把編譯完成的機器指令下載到目標機的處理器中運行，這種方式的優點是執行效率高，缺點是可移植性差，程序的任何改動要重新編譯整個工程，同時對目標平臺依賴太強，可用性較低。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決現有技術中存在的缺陷，提供一種可程式語言編譯裝載系統，該可程式語言編譯裝載系統包括編譯系統和執行系統；編譯系統和執行系統通過通訊線纜相連；

其中，編譯系統包括：

編輯器，對高級語言源文件進行編輯後，發送至編譯器；

編譯器，接收編輯後的源文件，進行編譯生成虛擬指令程序；

虛擬機，執行虛擬指令程序；

彙編器，將虛擬指令程序進一步編譯為機器指令，生成目標程序；

執行系統包括：

加載器，通過通訊線纜下載目標程序，加載形成目標代碼；

執行器，執行目標代碼。

上述執行系統裝載於目標機內；編譯系統裝載於宿主機內。

加載器加載形成目標代碼的方式為：加載器提供代碼段加載基地址、數據段加載基地址、BSS段加載基地址和系統函數調用基地址，以函數指針形式調用加載目標程序。

本發明還提供了一種可程式語言編譯裝載方法，可程式語言編譯裝載方法將高級語言源文件先轉換成虛擬指令程序，運行虛擬指令程序進行程序邏輯正確性的驗證後，再將虛擬指令程序轉換成機器指令程序，進行執行。

虛擬指令程序通過彙編器逐條翻譯轉換成機器指令程序。

可程式語言編譯裝載方法包括以下步驟：

（1）通過編輯器對高級語言源文件進行編輯；

（2）採用編譯器對編輯後的源文件進行編譯，生成虛擬指令程序，虛擬指令程序以文件形式保存；

（3）虛擬機執行虛擬指令程序，驗證編輯程序的正確性；如果不正確，進行步驟（1），如果正確，則進行步驟（4）；

（4）選擇目標平臺，彙編器將虛擬指令程序進一步編譯為目標平臺的機器指令，生成目標程序，以文件形式保存；

（5）把目標程序通過通訊線纜下載到目標機內；

（6）目標機內的加載器提供代碼段加載基地址、數據段加載基地址、BSS段加載基地址和系統函數調用基地址，以函數指針形式調用加載目標程序，形成目標代碼；

（7）執行器執行目標代碼。

本發明相比現有技術具有以下優點：

1、最終編譯後進行執行的目標指令是機器指令，運行效率高，比傳統虛擬指令效率提高至少10倍，非常適合應用在對運行效率要求較高的場合。

2、對源文件首先編譯生成的虛擬指令，具有較強的可移植特性，相同的高級語言源程序無需修改，即可根據不同的硬體平臺逐條編譯成不同目標平臺下的機器指令。

3、且編譯的目標程序的執行與內存地址無關，只需要加載器提供代碼段加載基地址、數據段加載基地址、BSS段加載基地址和函數調用基地址即可，程序加載執行與目標平臺耦合性低，可即時編譯即時運行。

4、本發明通過對高級語言源文件進行虛擬指令轉換後再生成機器指令，進行執行，既具有虛擬指令可移植的特性，能夠方便在各個平臺移植運行，又具有機器指令的運行速度，解決虛擬指令運行效率低的問題。

附圖說明

圖1為本發明可程式語言編譯裝載系統的結構框圖；

圖2為本發明可程式語言編譯裝載方法的流程圖。

圖中，101-編譯系統，102-執行系統，103-通訊線纜，104-編輯器，105-編譯器，106-虛擬指令，107-彙編器，108-虛擬機，109-目標程序，110-加載器，111-執行器。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行詳細說明。

如圖1所示，本發明可程式語言編譯裝載系統由編譯系統101和執行系統102構成，編譯系統101和執行系統102通過通訊線纜103相連。其中，編譯系統101包括編輯器104、編譯器105、彙編器107和虛擬機108；執行系統102包括加載器110和執行器111。

編輯器104輸出編輯後的源文件，編譯器105接收，編譯輸出虛擬指令106，由彙編器107和虛擬機108接收，彙編器107輸出目標程序109後，通過通訊線纜103由加載器110加載生成目標代碼後，執行器111執行。

本發明可程式語言編譯裝載系統的編譯及裝載方法如下：編輯器104對高級語言（C語言等）源文件進行編輯，由編譯器105編譯成虛擬指令代碼，虛擬指令代碼可由虛擬機108解釋執行，驗證程序邏輯的正確性；彙編器107把虛擬指令106進一步編譯為各硬體平臺的目標程序109；目標程序109通過通訊線纜103下載到執行系統102，由加載器110加載目標代碼，最終由執行器111執行。目標程序109的執行與絕對內存位置無關，加載器110加載時僅需提供代碼段加載基地址、數據段加載基地址、BSS段加載基地址和系統函數調用基地址即可。

一種具體實現方式包括如下步驟：

步驟1）以C語言為例，在C語言編輯環境中，通過編輯器104對源程序進行編輯，使用的目標平臺系統函數通過函數號進行調用，可預先在編譯環境中定義目標平臺所有的系統函數。

步驟2）在步驟1）中編輯完成後，調用編譯器105，對源文件進行編譯，編譯具體過程分為預編譯、生成抽象語法樹、生成虛擬指令，虛擬指令文件是該步驟的產物。

步驟3）如果需要仿真執行，根據步驟2）生成的虛擬指令106調用虛擬機108程序，驗證邏輯程序的正確性，如果程序邏輯有錯誤，回到步驟1）對源文件進行重新編輯；如果正確，進入步驟4）

步驟4）根據步驟2）生成的虛擬指令，調用彙編器107生成目標平臺的機器碼指令，即由該彙編器107的機器碼生成程序進行逐條翻譯虛擬指令轉換為機器指令，同時所有指令執行都採用相對地址偏移，即程序執行與內存絕對地址無關，包括全局數據段的存儲和引用都採用相對地址，系統函數的調用也採用相對地址偏移的方式，該步驟生成的目標程序以文件形式存放。

步驟5）通過編譯機器（即宿主機）與目標機器（即目標機）之間的通訊接口（串行通訊或者網絡通訊接口）把目標程序下載到目標機器中。

步驟6）目標機器收到目標程序後，調用加載器110進行程序加載操作，程序加載過程需要提供目標程序運行的基地址，包括代碼段加載基地址、數據段加載基地址、BSS段加載基地址和函數調用列表基地址。

步驟7）執行器111執行程序，目標代碼與系統所有的交互採用函數調用方式實現，避免了每次運算含有中間寄存變量的問題。

本發明可程式語言編譯及裝載方法可用於可編程控制器（PLC）以及分散控制系統（DCS）中的分散處理單元中的編程模塊，也可用於其他具有用戶可編程特性的系統中。