CN108733410B

CN108733410B - 一种指令优化方法

Info

Publication number: CN108733410B
Application number: CN201810328972.1A
Authority: CN
Inventors: 熊蕙; 陈宏君; 张磊; 文继锋; 谭良良; 周磊; 徐睿; 曾凯; 刘坤; 顾熹; 谭林丰
Original assignee: NR Electric Co Ltd; NR Engineering Co Ltd
Current assignee: NR Electric Co Ltd; NR Engineering Co Ltd
Priority date: 2018-04-13
Filing date: 2018-04-13
Publication date: 2021-10-01
Anticipated expiration: 2038-04-13
Also published as: CN108733410A

Abstract

本发明公开一种指令优化方法，包括如下步骤：步骤1，获取结构化文本程序编译后的指令文件，获取数据区、指令区内容；步骤2，分析数据区，提取变量信息；步骤3，分三次遍历指令区，依次采用赋值优化、代数简化、引用点处理的优化方法，对指令进行合并、删除、调整操作；步骤4，将优化后的数据、指令信息存储为文件。此种优化方法可在ST程序编译后，通过分析既定格式的指令文件，进行指令的可靠快速优化，提高程序运行效率。

Description

一种指令优化方法

技术领域

本发明属于工业控制编程领域，具体涉及结构化文本编译后指令优化处理方法。

背景技术

IEC61131是国际电工委员会(IEC)颁布的可编程控制器(PLC)国际标准，规范可编程控制器编程工具和应用控制程序的开发。IEC61131-3定义了结构化文本(ST)语言，ST是一种是类似于Pascal的高级编程语言，特别适合复杂的算法技术，程序结构清晰，便于编程人员和操作维护人员进行算法沟通。结构化文本需要转换为装置可运行的指令文件才能运行。在嵌入式装置解释执行二进制指令时，对实时性要求很高。常用的编译器通常是在编译阶段进行优化，但由于局限于局部函数的优化，欠缺整体的考虑，而且采用的优化方法是个黑盒子，存在漏洞且无法验证对比分析。因此，需要一种快速、安全、可靠、高效、独立的指令优化方法，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种指令优化方法，其可在ST程序编译后，通过分析既定格式的指令文件，进行指令的可靠快速优化，提高程序运行效率。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种指令优化方法，包括如下步骤：

步骤1，获取结构化文本程序编译后的指令文件，获取数据区、指令区内容；

步骤2，分析数据区，提取变量信息；

步骤3，分三次遍历指令区，依次采用赋值优化、代数简化、引用点处理的优化方法，对指令进行合并、删除、调整操作；

步骤4，将优化后的数据、指令信息存储为文件。

上述步骤1中，编译后的指令文件包括文件头、数据区和指令区，数据区中包括引用的外部变量、ST程序定义的变量、编译产生的临时变量，指令区采用三地址码表达式。

上述指令区三地址码表达式的格式是：指令类型、左操作数在数据区地址、右操作数在数据区地址。

上述步骤3中，赋值优化的具体内容是：对于右值变量都为常量类型的指令，直接计算常量表达式，并将运算指令修改为赋值指令；对于赋值指令，若赋值的右值变量为临时变量，并且该临时变量为前一条指令的左值变量，则删除该条赋值语句，将前一条指令的左值变量修改为被删除的赋值指令的左值变量。

上述步骤3中，代数简化的具体内容是：若加法指令的加数为0，则修改为赋值指令；若减法指令的减数为0，则修改为赋值指令；若乘法指令的乘数为0，则修改为赋值为0的指令；若乘法指令的乘数为1，则删除该指令；若除法指令的除数为1，则删除该指令；若或运算的1个右值形参为FALSE，则修改为赋值指令；若或运算的1个右值形参为TRUE，则修改为赋值为TRUE的指令；若与运算的1个右值形参为FALSE，则修改为赋值为FALSE的指令；若与运算的1个右值形参为TRUE，则修改为赋值指令。

上述步骤3中，引用点处理的具体内容是：统计各条指令的左值变量在后续指令中被作为右值变量的计数，若引用计数为0，则删除该条指令。

上述步骤4后，还包括：反汇编优化前后的指令文件，进行伪指令的文本对比，实现优化前后的白盒验证。

采用上述方案后，本发明具有如下有益效果：通过对编译后的指令进行快速扫描和优化，通过多个实测样本数据统计，可提升20％的运行速度，提高了嵌入式装置程序运行时的效率，满足了工控实时性要求。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种指令优化方法，包括如下步骤：

(1)获取结构化文本(ST)程序编译后的指令文件；读取文件头，获取数据区、指令区内容。优选地，指令文件划分为文件头、数据区、指令区。数据区中存储变量索引、变量类型、变量属性、初始值等信息，包括引用的外部变量、ST程序定义的变量、编译产生的临时变量。指令区中按照三地址码的格式，即指令类型、左操作数(左值变量)在数据区地址、右操作数(右值变量、形参)在数据区地址。部分指令只有1个右值变量，则省略第3个形参。优选地，可定义表1所示的三地址码：

表1三地址码指令示例

指令序号	三地址码格式	备注
			1	asgn rd,rs	赋值语句rd＝rs
2	add rd,rs1,rs2	加法运算rd＝rs1+rs2
			3	sub rd,rs1,rs2	减法运算rd＝rs1-rs2
4	mul rd,rs1,rs2	乘法运算rd＝rs1*rs2
			5	div rd,rs1,rs2	除法运算rd＝rs1/rs2
6	and rd,rs1,rs2	逻辑与rd＝rs1&rs2
			7	or rd,rs1,rs2	逻辑或rd＝rs1\|rs2
	…	…

(2)分析数据区，获取变量序号、变量类型、是否为常量、临时变量等标志属性。其中临时变量可进行增加、删除操作，常量变量可以直接运算。

(3)第1次遍历指令区，处理常量运算，并优化临时变量赋值指令。其中对于右值变量都为常量类型的指令，则直接计算常量表达式，并将运算指令修改为赋值指令。对于赋值指令，若赋值的右值变量为临时变量，并且该临时变量为前一条指令的左值变量，则删除该条赋值语句，将前一条指令的左值变量修改为被删除的赋值指令的左值变量。

例如：

a)对于add var,10,5的加法指令，可直接替换为asgn var,15的赋值指令。

b)对于add tmp1,var2,var3

asgn var1,tmp1的指令，可优化为add var1,var2,var3

(4)第2次遍历指令区，进行代数简化。

a)若加法指令的被加数为0，则修改为赋值指令；

例如add var1,var2,0优化为asgn var1,var2

例如add var1,0,var3优化为asgn var1,var3

b)若减法指令的被减数为0，则修改为赋值指令；

例如sub var1,var2,0优化为asgn var1,var2

c)若乘法指令的被乘数为0，则修改为赋值为0的指令；

例如mul var1,var2,0优化为asgn var1,0

d)若乘法指令的被乘数为1，则删除该指令；

例如mul var1,var2,1的指令var1＝var2*1可直接删除。

e)若除法指令的被除数为1，则删除该指令；

例如div var1,var2,1的指令var1＝var2/1可直接删除；

f)若或运算的1个右值形参为FALSE，则修改为赋值指令；

例如or var1,var2,FALSE优化为asgn var1,var2

g)若或运算的1个右值形参为TRUE，则修改为赋值为TRUE的指令；

例如or var1,var2,TRUE优化为asgn var1,TRUE

h)若与运算的1个右值形参为FALSE，则修改为赋值为FALSE的指令；例如

and var1,var2,FALSE优化为asgn var1,FALSE

i)若与运算的1个右值形参为TRUE，则修改为赋值指令。例如

and var1,var2,TRUE优化为asgn var1,var2

(5)第3次遍历指令区，进行变量引用点分析，去除未使用变量和无效指令。

统计各条指令的左值变量在后续指令中被作为右值变量的计数，若引用计数为0，则删除该条指令。例如下述指令：add var1,var2,var3,若var1在后续指令中被引用的次数为0，则该条指令为无效指令，可删除。若优化后临时变量未被引用，则可从数据区删除。

按照前述赋值优化、代数简化、引用点处理的优化顺序，可有效去除冗余无用指令。

(6)将优化后的数据、指令信息存储为文件。进一步地，可以反汇编优化前后的指令文件，进行伪指令的文本对比，可直观查看被修改的指令、被删除的指令，并通过优化工具分析出处理过的指令数。

综合上述，本发明一种指令优化方法：获取IEC61131-3的结构化文本语言编译器形成的指令文本，解析文件头，分析数据区、指令区，对常量型变量的算术逻辑运算的三地址码进行直接计算替换为赋值语句；分析赋值指令上下文，有条件合并赋值和计算指令；对三地址码进行代数简化处理；确定每个变量的定值点和引用点，去除未引用赋值和计算指令。通过上述可控高效的优化方法，提升ST语言编译后指令的执行效率。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims

1.一种指令优化方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤2，分析数据区，提取变量信息；

赋值优化的具体内容是：对于右值变量都为常量类型的指令，直接计算常量表达式，并将运算指令修改为赋值指令；对于赋值指令，若赋值的右值变量为临时变量，并且该临时变量为前一条指令的左值变量，则删除该条赋值指令，将前一条指令的左值变量修改为被删除的赋值指令的左值变量；

代数简化的具体内容是：若加法指令的加数为0，则修改为赋值指令；若减法指令的减数为0，则修改为赋值指令；若乘法指令的乘数为0，则修改为赋值为0的指令；若乘法指令的乘数为1，则删除该指令；若除法指令的除数为1，则删除该指令；若或运算的1个右值形参为FALSE，则修改为赋值指令；若或运算的1个右值形参为TRUE，则修改为赋值为TRUE的指令；若与运算的1个右值形参为FALSE，则修改为赋值为FALSE的指令；若与运算的1个右值形参为TRUE，则修改为赋值指令；

引用点处理的具体内容是：统计各条指令的左值变量在后续指令中被作为右值变量的计数，若引用计数为0，则删除该条指令；

步骤4，将优化后的数据、指令信息存储为文件；

步骤5，反汇编优化前后的指令文件，进行伪指令的文本对比，实现优化前后的白盒验证。

2.如权利要求1所述的一种指令优化方法，其特征在于：所述步骤1中，编译后的指令文件包括文件头、数据区和指令区，数据区中包括引用的外部变量、ST程序定义的变量、编译产生的临时变量，指令区采用三地址码表达式。

3.如权利要求2所述的一种指令优化方法，其特征在于：所述指令区三地址码表达式的格式是：指令类型、左操作数在数据区地址、右操作数在数据区地址。