CN106648681A - 一种可编程语言编译装载系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可编程语言编译装载系统及方法。该可编程语言编译装载系统包括编译系统和执行系统；编译系统和执行系统通过通讯线缆相连；其中，编译系统包括：编辑器，对高级语言源文件进行编辑后，发送至编译器；编译器，接收编辑后的源文件，进行编译生成虚拟指令程序；虚拟机，执行虚拟指令程序；汇编器，将虚拟指令程序进一步编译为机器指令，生成目标程序；执行系统包括：加载器，通过通讯线缆下载目标程序，加载形成目标代码；执行器，执行目标代码。本发明通过对源文件进行虚拟指令转换后再生成机器指令，进行执行，既具有虚拟指令可移植的特性，能够方便在各个平台移植运行，又具有机器指令的运行速度，解决虚拟指令运行效率低的问题。

Description

一种可编程语言编译装载系统及方法

技术领域

本发明涉及一种可编程语言编译装载系统及方法，特别适用于各种工业可编程控制应用场合，能有效提高程序的执行效率。

背景技术

传统的工业现场使用的可编程控制器（PLC）以及分散控制系统（DCS）中的分散处理单元，均可通过组态软件进行用户编程，用户编程软件通过对高级语言源文件进行编译，生成虚拟指令，通过通讯接口下载到控制器中，控制器通过解释虚拟指令运行组态程序。这种方法的优点是可移植性强，能够在不同硬件平台进行移植，缺点是运行效率不高，相同的计算功能，虚拟指令的运行比机器指令运行至少慢20倍。另一种编译方式是通过对高级语言直接编译为目标平台的机器指令，把编译完成的机器指令下载到目标机的处理器中运行，这种方式的优点是执行效率高，缺点是可移植性差，程序的任何改动要重新编译整个工程，同时对目标平台依赖太强，可用性较低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种可编程语言编译装载系统，该可编程语言编译装载系统包括编译系统和执行系统；编译系统和执行系统通过通讯线缆相连；

其中，编译系统包括：

编辑器，对高级语言源文件进行编辑后，发送至编译器；

编译器，接收编辑后的源文件，进行编译生成虚拟指令程序；

虚拟机，执行虚拟指令程序；

汇编器，将虚拟指令程序进一步编译为机器指令，生成目标程序；

执行系统包括：

加载器，通过通讯线缆下载目标程序，加载形成目标代码；

执行器，执行目标代码。

上述执行系统装载于目标机内；编译系统装载于宿主机内。

加载器加载形成目标代码的方式为：加载器提供代码段加载基地址、数据段加载基地址、BSS段加载基地址和系统函数调用基地址，以函数指针形式调用加载目标程序。

本发明还提供了一种可编程语言编译装载方法，可编程语言编译装载方法将高级语言源文件先转换成虚拟指令程序，运行虚拟指令程序进行程序逻辑正确性的验证后，再将虚拟指令程序转换成机器指令程序，进行执行。

虚拟指令程序通过汇编器逐条翻译转换成机器指令程序。

可编程语言编译装载方法包括以下步骤：

（1）通过编辑器对高级语言源文件进行编辑；

（2）采用编译器对编辑后的源文件进行编译，生成虚拟指令程序，虚拟指令程序以文件形式保存；

（3）虚拟机执行虚拟指令程序，验证编辑程序的正确性；如果不正确，进行步骤（1），如果正确，则进行步骤（4）；

（4）选择目标平台，汇编器将虚拟指令程序进一步编译为目标平台的机器指令，生成目标程序，以文件形式保存；

（5）把目标程序通过通讯线缆下载到目标机内；

（6）目标机内的加载器提供代码段加载基地址、数据段加载基地址、BSS段加载基地址和系统函数调用基地址，以函数指针形式调用加载目标程序，形成目标代码；

（7）执行器执行目标代码。

本发明相比现有技术具有以下优点：

1、最终编译后进行执行的目标指令是机器指令，运行效率高，比传统虚拟指令效率提高至少10倍，非常适合应用在对运行效率要求较高的场合。

2、对源文件首先编译生成的虚拟指令，具有较强的可移植特性，相同的高级语言源程序无需修改，即可根据不同的硬件平台逐条编译成不同目标平台下的机器指令。

3、且编译的目标程序的执行与内存地址无关，只需要加载器提供代码段加载基地址、数据段加载基地址、BSS段加载基地址和函数调用基地址即可，程序加载执行与目标平台耦合性低，可即时编译即时运行。

4、本发明通过对高级语言源文件进行虚拟指令转换后再生成机器指令，进行执行，既具有虚拟指令可移植的特性，能够方便在各个平台移植运行，又具有机器指令的运行速度，解决虚拟指令运行效率低的问题。

附图说明

图1为本发明可编程语言编译装载系统的结构框图；

图2为本发明可编程语言编译装载方法的流程图。

图中，101-编译系统，102-执行系统，103-通讯线缆，104-编辑器，105-编译器，106-虚拟指令，107-汇编器，108-虚拟机，109-目标程序，110-加载器，111-执行器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明可编程语言编译装载系统由编译系统101和执行系统102构成，编译系统101和执行系统102通过通讯线缆103相连。其中，编译系统101包括编辑器104、编译器105、汇编器107和虚拟机108；执行系统102包括加载器110和执行器111。

编辑器104输出编辑后的源文件，编译器105接收，编译输出虚拟指令106，由汇编器107和虚拟机108接收，汇编器107输出目标程序109后，通过通讯线缆103由加载器110加载生成目标代码后，执行器111执行。

本发明可编程语言编译装载系统的编译及装载方法如下：编辑器104对高级语言（C语言等）源文件进行编辑，由编译器105编译成虚拟指令代码，虚拟指令代码可由虚拟机108解释执行，验证程序逻辑的正确性；汇编器107把虚拟指令106进一步编译为各硬件平台的目标程序109；目标程序109通过通讯线缆103下载到执行系统102，由加载器110加载目标代码，最终由执行器111执行。目标程序109的执行与绝对内存位置无关，加载器110加载时仅需提供代码段加载基地址、数据段加载基地址、BSS段加载基地址和系统函数调用基地址即可。

一种具体实现方式包括如下步骤：

步骤1）以C语言为例，在C语言编辑环境中，通过编辑器104对源程序进行编辑，使用的目标平台系统函数通过函数号进行调用，可预先在编译环境中定义目标平台所有的系统函数。

步骤2）在步骤1）中编辑完成后，调用编译器105，对源文件进行编译，编译具体过程分为预编译、生成抽象语法树、生成虚拟指令，虚拟指令文件是该步骤的产物。

步骤3）如果需要仿真执行，根据步骤2）生成的虚拟指令106调用虚拟机108程序，验证逻辑程序的正确性，如果程序逻辑有错误，回到步骤1）对源文件进行重新编辑；如果正确，进入步骤4）

步骤4）根据步骤2）生成的虚拟指令，调用汇编器107生成目标平台的机器码指令，即由该汇编器107的机器码生成程序进行逐条翻译虚拟指令转换为机器指令，同时所有指令执行都采用相对地址偏移，即程序执行与内存绝对地址无关，包括全局数据段的存储和引用都采用相对地址，系统函数的调用也采用相对地址偏移的方式，该步骤生成的目标程序以文件形式存放。

步骤5）通过编译机器（即宿主机）与目标机器（即目标机）之间的通讯接口（串行通讯或者网络通讯接口）把目标程序下载到目标机器中。

步骤6）目标机器收到目标程序后，调用加载器110进行程序加载操作，程序加载过程需要提供目标程序运行的基地址，包括代码段加载基地址、数据段加载基地址、BSS段加载基地址和函数调用列表基地址。

步骤7）执行器111执行程序，目标代码与系统所有的交互采用函数调用方式实现，避免了每次运算含有中间寄存变量的问题。

本发明可编程语言编译及装载方法可用于可编程控制器（PLC）以及分散控制系统（DCS）中的分散处理单元中的编程模块，也可用于其他具有用户可编程特性的系统中。

Claims (6)

1.一种可编程语言编译装载系统，其特征在于：所述可编程语言编译装载系统包括编译系统和执行系统；所述编译系统和执行系统通过通讯线缆相连；

所述编译系统包括：

编辑器，对高级语言源文件进行编辑后，发送至编译器；

编译器，接收编辑后的源文件，进行编译生成虚拟指令程序；

虚拟机，执行虚拟指令程序；

汇编器，将虚拟指令程序进一步编译为机器指令，生成目标程序；

所述执行系统包括：

加载器，通过通讯线缆下载目标程序，加载形成目标代码；

执行器，执行目标代码。

2.根据权利要求1所述的可编程语言编译装载系统，其特征在于：所述执行系统装载于目标机内；所述编译系统装载于宿主机内。

3.根据权利要求1所述的可编程语言编译装载系统，其特征在于：所述加载器加载形成目标代码的方式为：所述加载器提供代码段加载基地址、数据段加载基地址、BSS段加载基地址和系统函数调用基地址，以函数指针形式调用加载目标程序。

4.一种可编程语言编译装载方法，其特征在于：所述可编程语言编译装载方法将高级语言源文件先转换成虚拟指令程序，运行虚拟指令程序进行程序逻辑正确性的验证后，再将虚拟指令程序转换成机器指令程序，进行执行。

5.根据权利要求4所述的可编程语言编译装载方法，其特征在于：所述虚拟指令程序通过汇编器逐条翻译转换成机器指令程序。

6.根据权利要求4所述的可编程语言编译装载方法，其特征在于：所述可编程语言编译装载方法包括以下步骤：

（1）通过编辑器对高级语言源文件进行编辑；

（2）采用编译器对编辑后的源文件进行编译，生成虚拟指令程序，虚拟指令程序以文件形式保存；

（3）虚拟机执行虚拟指令程序，验证编辑程序的正确性；如果不正确，进行步骤（1），如果正确，则进行步骤（4）；

（4）选择目标平台，汇编器将虚拟指令程序进一步编译为目标平台的机器指令，生成目标程序，以文件形式保存；

（5）把目标程序通过通讯线缆下载到目标机内；

（6）目标机内的加载器提供代码段加载基地址、数据段加载基地址、BSS段加载基地址和系统函数调用基地址，以函数指针形式调用加载目标程序，形成目标代码；

（7）执行器执行目标代码。