From 368877ae34b495147a1789a7bee38171d38dabee Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: chentianya Date: Tue, 18 Aug 2026 16:14:28 +0800 Subject: [PATCH] =?UTF-8?q?=E5=88=9D=E5=A7=8B=E5=8C=96=E4=BB=93=E5=BA=93?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- .gitignore | 2 + Doc/初步计划.md | 329 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ README.md | 0 3 files changed, 331 insertions(+) create mode 100644 .gitignore create mode 100644 Doc/初步计划.md create mode 100644 README.md diff --git a/.gitignore b/.gitignore new file mode 100644 index 0000000..c463767 --- /dev/null +++ b/.gitignore @@ -0,0 +1,2 @@ +build/** +.vscode/** \ No newline at end of file diff --git a/Doc/初步计划.md b/Doc/初步计划.md new file mode 100644 index 0000000..93494d5 --- /dev/null +++ b/Doc/初步计划.md @@ -0,0 +1,329 @@ +# 子集 ST + toml 工程 + 寄存器 VM + +独立方案说明。调研全文见 `PLC-DSL.md`。 + +**定案：** IEC 风格的子集 ST，用 `.toml` 组织多个 `.st`，编译成单一映像，由寄存器虚拟机按扫描周期执行。 + +--- + +## 1. 做什么、不做什么 + +```text +多个 .st 源文件 + ↑ 由 project.toml 列出 + ↓ +编译器（词法/语法 → 符号表 → 类型检查 → 寄存器码 → 链接） + ↓ +单一映像（函数字节码 + 全局/FB 数据槽 + 工程哈希） + ↓ +寄存器虚拟机，按扫描周期执行 +``` + +**做** + +- 子集 ST（不是完整 IEC） +- `.toml` 管工程，不声明变量 +- 寄存器 VM + 扫描周期 +- 有界 `CALL` / `RET` +- 全局只在指定 GVL 文件里声明 + +**不做** + +- 「很像 ST 的 Python」 +- 完整 IEC：指针、OOP、`ANY`、`VAR_IN_OUT`、间接寻址 +- CPython 特化 / JIT / 真 Python 模块系统 +- 第一版不做梯形图编辑器（以后编译到同一套 IR） + +指令表可作为内部 IR 的文本形态，不必当主语言。 + +--- + +## 2. 执行模型 + +```text +每个扫描周期： + 1. 按 toml 的 io 绑定，采样 → I / 输入全局 + 2. 从 PROGRAM MAIN 的 pc=0 执行到 RET + 3. 写回 Q / 输出全局 + 4. 用本周期 Δt 推进 TON / TOF / CTU（不用 wall clock） +``` + +运行时是 **一台 VM、一个入口、一份映像**。多文件只影响源码怎么切、怎么链接。 + +--- + +## 3. 工程文件（toml） + +toml **不声明 ST 变量**。只做三件事：列出源文件、指定唯一 GVL、（可选）把已声明的全局接到硬件。 + +```toml +[project] +name = "line1" +entry = "program MAIN" +cycle_limit = 100000 +dt_ms = 10 + +[files] +st = ["globals.st", "motor.st", "main.st"] + +# 全工程只允许这一处出现 VAR_GLOBAL（第一版：单个文件） +[gvl] +file = "globals.st" + +# 可选：I/O 绑定。不创造变量，var 必须已在 GVL 里声明 +[[io.input]] +var = "EmergencyStop" +channel = 0 +bit = 2 + +[[io.input]] +var = "I0_0" +channel = 0 +bit = 0 + +[[io.output]] +var = "Q0_0" +channel = 0 +bit = 0 +``` + +规则： + +- 所有源文件编译前已知；无运行时加载。 +- `gvl.file` 自动并入编译集合（已在 `files.st` 里则不重复）。 +- 文件集合排序后算 **工程哈希**，写入映像，回放时槽位一致。 +- 同名 `VAR_GLOBAL` 链接失败，禁止覆盖。 +- `[[io.*]]` 的 `var` 未在 GVL 中出现 → 编译错误。 +- 第一版禁止：模块级副作用、实例/函数体循环调用、函数指针、无界递归。 + +不要在 toml 里用 `[[globals]] name/type/init` 再声明变量。 +名字和类型属于 ST；针脚和通道属于工程。 + +--- + +## 4. ST 子集（第一版） + +**保留** + +| 类别 | 内容 | +|---|---| +| POU | `PROGRAM` / `FUNCTION` / `FUNCTION_BLOCK` | +| 变量段 | `VAR` / `VAR_INPUT` / `VAR_OUTPUT` / `VAR_GLOBAL` / `VAR_EXTERNAL` | +| 类型 | `BOOL`、`INT`、`TIME`（以后再加 `DINT` / 定点数或 `REAL`） | +| 运算 | `:=`，`AND` `OR` `NOT`，比较，算术 | +| 控制 | `IF / ELSIF / ELSE / END_IF`，`WHILE … END_WHILE` | +| 功能块 | 内置 `TON` / `TOF` / `CTU`；`fb(in := …)`，字段 `fb.Q` | + +`WHILE` 不做终止证明，靠 `cycle_limit` 卡死。 +`AND` / `OR` **必须短路**，编成跳转；两边都算会让定时器、FB 多执行。 + +**第一版不做：** 指针、`REF`、接口、类、`VAR_IN_OUT`、`ANY`、间接寻址、用户类型套娃、`FUNCTION` 改全局。 + +--- + +## 5. 全局变量 + +ST 有全局：`VAR_GLOBAL` 声明，`VAR_EXTERNAL` 引用。`I` / `Q` / `M` 也是全局映像。 +`FUNCTION` 第一版禁止写全局。 + +### 5.1 在哪个文件声明 + +**第一版：只有 `globals.st` 可以出现 `VAR_GLOBAL`。** +多文件指 PROGRAM / FB / FUNCTION 分文件，不是全局可以散落声明。 + +| 种类 | 放哪 | 几个文件 | +|---|---|---| +| `VAR_GLOBAL` / `CONSTANT` / `RETAIN` | `globals.st` | **1 个** | +| `I` / `Q` / `M` | 同一份 `globals.st` | 第一版不拆 | +| FB / PROGRAM 的 `VAR` | 各自的 `.st` | 多个（局部 / 实例） | +| `VAR_EXTERNAL` | 各 POU 的 `.st` | 多个（只引用） | + +其他文件写 `VAR_GLOBAL` → 编译错误。 + +单文件的好处：声明顺序 = 地址顺序，不必再规定多 GVL 的排序和回放。 + +以后要拆，仍须 toml **显式列出全部 GVL**，按类别拆，不按功能块拆： + +```toml +[gvl] +files = ["io.st", "globals.st"] +``` + +```text +io.st 只放 I/Q/M （以后才拆） +globals.st 只放命名全局 +motor.st 只有 FB + VAR_EXTERNAL +main.st 只有 PROGRAM +``` + +不要 `motor_globals.st`、`pump_globals.st` 各写一套同名点。 + +### 5.2 寿命 + +| 种类 | 寿命 | +|---|---| +| `VAR` / `VAR_TEMP` | 本次调用或该 POU 内部 | +| FB 的 `VAR` | 跟着实例（各一份） | +| `VAR_GLOBAL` | 全工程一份 | +| `I/Q/M` | 全局，绑定 I/O 映像 | + +`VAR_EXTERNAL` 接到已有槽，不是新变量。 +第一版按 `globals.st` 声明顺序定址；以后若 `[gvl] files`：先 toml 列表，再文件内顺序。 + +### 5.3 编译器数据流 + +```text +project.toml + files.st → 要编译的源 + gvl.file → 唯一允许 VAR_GLOBAL 的文件 + io.* → 名字 → 硬件（可选，不创造变量） + +globals.st + VAR_GLOBAL / CONSTANT / I/Q/M → 符号表 + 固定槽位 + +motor.st / main.st + VAR_EXTERNAL → 同一槽 +``` + +--- + +## 6. 多文件导出什么 + +| 导出 | 规则 | +|---|---| +| `FUNCTION` | 无内部状态；寄存器帧在有界调用栈上 | +| `FUNCTION_BLOCK` | 必须先声明实例 | +| `VAR_GLOBAL`、`I/Q/M` | 全工程一份，只在 GVL 里声明 | +| 常量 | 进常量表 | + +`CALL` 目标都是立即数 `fn_id`，没有函数指针。 + +--- + +## 7. 寄存器机与指令 + +- 局部 / `VAR` = 固定寄存器；表达式临时值往后编号；`nregs` 写进函数头。 +- `I/Q/M` 走映像指令，不是通用寄存器。 +- 每个 FB 实例一块固定布局，字段偏移编译期算死。 + +```text +MOVE rd, rs +LOADK rd, const_id +NOT rd, rs +AND/OR rd, ra, rb (* 已算好的值；短路用跳转 *) +ADD/SUB/MUL/DIV rd, ra, rb +CMP_xx rd, ra, rb (* 结果 BOOL *) +JMP offset +JT/JF r, offset +LOAD_I / STORE_Q / LOAD_M / STORE_M +LOAD_GLOBAL / STORE_GLOBAL +CAL_TON / CAL_TOF / CAL_CTU +CALL fn_id +RET +``` + +寄存器机不会比栈机更确定。确定性来自类型、内存、时间和副作用。 + +--- + +## 8. 确定性与可控 + +- 同一程序 + 同一组 `I` + 同一 `Δt` → `Q`、`M`、FB 状态完全一致。 +- 无 GC、无堆、无线程；变量编译期全部分配。 +- 定宽整数；溢出规则写死（饱和或报错，选一个）。 +- 第一版不要 `REAL`。 +- 每周期指令上限（如 `cycle_limit = 100000`），超时是故障。 +- 可单步、可看寄存器和映像、可按录制的 `I` 回放。 + +--- + +## 9. 编译器 + +中等工程，不是算法难题。直通 pass，不上 LLVM： + +```text +读 toml、收齐 .st + → 词法 / 递归下降语法 + → 收集导出符号 + → 解析 VAR_EXTERNAL、链接、定地址 + → 类型检查 + → 按 PROGRAM / FUNCTION / FB 编寄存器码 + → 回填跳转、写映像头与工程哈希 +``` + +| 部分 | 难度 | +|---|---| +| ST 解析 | 中低 | +| 拒多余特性 | 低 | +| 多文件链接 | 中 | +| 类型检查 | 低～中 | +| 寄存器码（短路、IF/WHILE） | 中 | +| FB 布局与调用 | 中 | +| VM | 低 | + +第一版不做：图染色分配、SSA、证明 WHILE 有界、异常表、闭包、优化。 + +一人约 **4～8 周** 做出 `MAIN + 一个 Motor FB + I/O + 全局`。 + +--- + +## 10. 目录 + +```text +project.toml # files / gvl.file / 可选 io +globals.st # 第一版唯一 GVL +motor.st +main.st +compiler/ # lexer parser symbols checker codegen linker +vm/ # 扫描周期、寄存器、映像、FB +host/ # 喂 I、收 Q、Δt、回放 +``` + +--- + +## 11. 最小样例 + +`project.toml` 见第 3 节。 + +```st +(* globals.st *) +VAR_GLOBAL + EmergencyStop : BOOL := FALSE; + I0_0 : BOOL; + I0_1 : BOOL; + Q0_0 : BOOL; +END_VAR + +(* motor.st *) +FUNCTION_BLOCK MotorStarter +VAR_EXTERNAL + EmergencyStop : BOOL; +END_VAR +VAR_INPUT + start, stop : BOOL; +END_VAR +VAR_OUTPUT + Q : BOOL; +END_VAR + Q := start AND NOT stop AND NOT EmergencyStop; +END_FUNCTION_BLOCK + +(* main.st *) +PROGRAM MAIN +VAR + starter : MotorStarter; +END_VAR + starter(start := I0_0, stop := I0_1); + Q0_0 := starter.Q; +END_PROGRAM +``` + +--- + +## 12. 实现顺序 + +1. 冻 toml 字段：`files` / `entry` / `cycle_limit` / `dt_ms` / `gvl.file` / 可选 `io.*` +2. 冻关键字表 + 约 20 个样例程序 +3. 冻约 20 条指令编码 +4. 冻符号表字段：名字、种类、类型、地址、源文件 +5. 递归下降解析 → 符号表与链接 → 最后写 VM 循环 diff --git a/README.md b/README.md new file mode 100644 index 0000000..e69de29