# Ladder 梯形图（PLC）风格的前端 —— 它«bold»做不了手机界面程序«/»。 这一路能用的是「编译与运行」本身，UI 那整套接口（开窗/绘图/输入）没有对应语法（没有「带字符串参数的函数调用」）。 ## 在手机上怎么跑 ``` vml run examples/ladder/test/sysinfo.ld ``` 编译要等一会儿（C 那种要一两分钟，脚本类语言几秒）。程序跑起来后**屏幕底部就是手柄**， 方向键 + 四个动作键都在；点右上角返回可以回到命令行。 ## 写法要点 - 只能写声明与简单逻辑，«bold»不能调 UI 接口«/» ## 示例 | 文件 | 演示什么 | |---|---| | `test/file_io.ld` | 空测试（NOP） | | `test/sysinfo.ld` | 占位 —— 这一路调不了 JSON 接口 | 同目录还有：`demo/demo_std.ld`、`motor_control/main.ld`、`test/libdemo.dbf`、`test/libs.ld`、`tty/demo_tty.ld`、`ui/demo_ui.ld` ## 实测踩过的坑 - 想做手机界面程序，换一门语言（C / Python / Lua 都可以）。 --- 下面的内容是**从 VML 源码里直接带的**（`third_party/vml/VMLPrepares/LadderCompiler/`）： `README` 讲这个前端支持什么、怎么编；`语言规范` 讲语法本身。 上游一改，这里重新生成就是最新的。 ## 语言规范 ### 梯形图语言编译器规范说明 > «bold»版本«/»：v1.0 | «bold»日期«/»：2026-07-06 | «bold»修订者«/»：深圳市探索智能科技有限公司 #### 规范标准 | 字段 | 值 | |:-----|:----| | «bold»目标标准«/» | IEC 61131-3 子集 (2003) | | «bold»发布年份«/» | 2003 | | «bold»完成度«/» | ~98% | | «bold»MCU完成度«/» | ~97% | | «bold»测试«/» | 0 (测试目录待创建) | | «bold»更新«/» | 2026-05-18: 更新定时器实现为 SYSCALL #53 实时时钟；修正代码生成器状态 | #### 关键字（指令） «bold»触点«/»: `NO`(常开) `NC`(常闭) `POS`(上升沿) `NEG`(下降沿) «bold»线圈«/»: `OUT`(输出) `SET`(置位) `RST`(复位) «bold»定时器«/»: `TON`(接通延时) `TOF`(断开延时) `TP`(脉冲) «bold»计数器«/»: `CTU`(加计数) `CTD`(减计数) `CTUD`(加减计数) «bold»比较«/»: `EQ` `NE` `GT` `GE` `LT` `LE` «bold»算术«/»: `ADD` `SUB` `MUL` `DIV` `MOD` «bold»程序控制«/»: `JMP` `LBL` `RET` `END` «bold»其他«/»: `MOVE` `SEL` `MUX` `LIMIT` #### 概述 本编译器实现 IEC 61131-3 标准的梯形图（Ladder Diagram）语言到 VML (Virtual Machine Language) 汇编的编译。梯形图是工业控制领域广泛使用的图形化编程语言，用于可编程逻辑控制器（PLC）编程。 #### 语言特性 ##### 1. 梯形图基本元素 ###### 触点（Contacts） - «bold»常开触点（Normally Open）«/»: ─┤ ├─ - «bold»常闭触点（Normally Closed）«/»: ─┤/├─ - «bold»上升沿触点（Positive Edge）«/»: ─┤P├─ - «bold»下降沿触点（Negative Edge）«/»: ─┤N├─ ###### 线圈（Coils） - «bold»输出线圈（Output Coil）«/»: ─( )─ - «bold»置位线圈（Set Coil）«/»: ─(S)─ - «bold»复位线圈（Reset Coil）«/»: ─(R)─ - «bold»保持线圈（Latch Coil）«/»: ─(L)─ ###### 功能块（Function Blocks） - «bold»定时器«/»: TON（接通延时）, TOF（断开延时）, TP（脉冲） - «bold»计数器«/»: CTU（加计数器）, CTD（减计数器）, CTUD（加减计数器） - «bold»比较器«/»: 等于、不等于、大于、小于等 - «bold»数学运算«/»: 加、减、乘、除等 ##### 2. 数据类型（IEC 61131-3） ###### 基本数据类型 - «bold»BOOL«/»: 布尔值（1位） - «bold»BYTE«/»: 无符号8位整数 - «bold»WORD«/»: 无符号16位整数 - «bold»DWORD«/»: 无符号32位整数 - «bold»INT«/»: 有符号16位整数 - «bold»DINT«/»: 有符号32位整数 - «bold»REAL«/»: 32位浮点数 - «bold»STRING«/»: 字符串 - «bold»TIME«/»: 时间类型 ###### 派生数据类型 - «bold»数组«/»: `ARRAY[1..10] OF INT` - «bold»结构体«/»: ```iec TYPE MotorControl : STRUCT StartButton : BOOL; StopButton : BOOL; MotorRun : BOOL; Speed : INT; END_STRUCT END_TYPE ``` ##### 3. 程序结构 ###### 程序声明 ```iec PROGRAM MotorControl VAR StartButton AT %IX0.0 : BOOL; StopButton AT %IX0.1 : BOOL; MotorRun AT %QX0.0 : BOOL; Timer1 : TON; END_VAR ``` ###### 变量声明区域 - «bold»VAR«/»: 局部变量 - «bold»VAR_INPUT«/»: 输入变量 - «bold»VAR_OUTPUT«/»: 输出变量 - «bold»VAR_IN_OUT«/»: 输入输出变量 - «bold»VAR_GLOBAL«/»: 全局变量 - «bold»VAR_TEMP«/»: 临时变量 ###### I/O 映射 - «bold»输入«/»: `%IX0.0`（字节0，位0） - «bold»输出«/»: `%QX0.0`（字节0，位0） - «bold»内存«/»: `%MW0`（字0） - «bold»保持寄存器«/»: `%MD0`（双字0） ##### 4. 梯形图梯级结构 ###### 简单梯级 ``` Start Stop Motor ─┤ ├─────┤/├──────( )─ I0.0 I0.1 Q0.0 ``` ###### 并联分支 ``` Button1 Lamp1 ─┤ ├────┬───( )─ │ Button2│ ─┤ ├────┘ ``` ###### 串联分支 ``` Start Timer1.PT := T#5s ─┤ ├──────[TON]───── I0.0 Timer1 IN Q PT ET ``` ###### 功能块调用 ``` Start MotorCtrl ─┤ ├──────[FB]───── EN ENO Start Run Stop Fault Speed ActualSpeed ``` ##### 5. 定时器和计数器 ###### 定时器（TON - 接通延时） ```iec VAR Timer1 : TON; TimeValue : TIME := T#5s; END_VAR // 梯形图表示 Start Timer1 ─┤ ├──────[TON]───── IN Q PT ET ``` «bold»功能«/»: 当IN为TRUE时开始计时，经过PT时间后Q变为TRUE。ET显示已过时间。 ###### 计数器（CTU - 加计数器） ```iec VAR Counter1 : CTU; PresetValue : INT := 10; END_VAR // 梯形图表示 Pulse Counter1 ─┤P├──────[CTU]───── CU Q PV CV R ``` «bold»功能«/»: 在CU上升沿计数，当CV >= PV时Q为TRUE，R信号复位计数器。 ##### 6. 指令列表（IL）支持 梯形图编译器也支持指令列表文本格式： ```iec LD StartButton ANDN StopButton OUT MotorRun LD MotorRun TON Timer1, T#5s ``` ##### 7. 结构化文本（ST）支持 在梯形图中可以嵌入结构化文本： ```iec IF StartButton AND NOT StopButton THEN MotorRun := TRUE; Timer1(IN:=TRUE, PT:=T#5s); END_IF; ``` ##### 8. 标准函数 ###### 位操作函数 - «bold»AND«/», «bold»OR«/», «bold»XOR«/», «bold»NOT«/» - 逻辑运算 - «bold»SHL«/», «bold»SHR«/» - 移位运算 - «bold»ROL«/», «bold»ROR«/» - 循环移位 ###### 数学函数 - «bold»ADD«/», «bold»SUB«/», «bold»MUL«/», «bold»DIV«/» - 算术运算 - «bold»MOD«/» - 取模 - «bold»ABS«/» - 绝对值 - «bold»SQRT«/» - 平方根 - «bold»LN«/», «bold»EXP«/» - 对数和指数 - «bold»SIN«/», «bold»COS«/», «bold»TAN«/» - 三角函数 ###### 比较函数 - «bold»EQ«/» (=), «bold»NE«/» (<>), «bold»GT«/» (>), «bold»GE«/» (>=), «bold»LT«/» (<), «bold»LE«/» (<=) ###### 类型转换函数 - «bold»BOOL_TO_INT«/», «bold»INT_TO_REAL«/» 等类型转换 - «bold»TRUNC«/», «bold»ROUND«/» - 取整函数 ###### 字符串函数 - «bold»CONCAT«/» - 字符串连接 - «bold»LEFT«/», «bold»RIGHT«/», «bold»MID«/» - 子字符串 - «bold»LEN«/» - 字符串长度 - «bold»FIND«/» - 查找子串 ##### 9. VML 代码生成约定 ###### 位操作映射 ``` 梯形图触点: ─┤ ├─ VML代码: MOVE R0, [I0.0_address] CMP R0, #1 JNE skip_branch 梯形图线圈: ─( )─ VML代码: MOVE R0, #1 MOVE [Q0.0_address], R0 ``` ###### 定时器实现（使用 SYSCALL #53 GetTick 实时时钟） TON (接通延时定时器): - 检测 IN 输入上升沿时记录 startTime = SYSCALL #53 (GetTick) - ET = GetTick() - startTime - 当 ET >= PT 时 Q 输出置为 TRUE - IN 为 FALSE 时复位 ET = 0, Q = FALSE TOF (断开延时定时器): - 检测 IN 输入下降沿时记录 startTime - ET = GetTick() - startTime - IN 恢复 TRUE 时复位 TP (脉冲定时器): - 检测 IN 输入上升沿触发脉冲 - ET = GetTick() - startTime - 脉冲期间 Q 输出保持 TRUE CTUD (加减计数器): - CU 上升沿且 CV < 32767 时 CV++ - CD 上升沿且 CV > -32768 时 CV-- - R 复位 CV = 0, LD 加载 CV = PV - QU: CV >= PV 时为 TRUE; QD: CV <= 0 时为 TRUE ###### 计数器实现（含溢出保护） CTU (加计数器): - 检测 CU 上升沿时计数 - CV 递增前检查 CV < 32767（防止上溢） - CV >= PV 时 Q = TRUE - R 信号复位 CV = 0 CTD (减计数器): - 检测 CD 上升沿时计数 - CV 递减前检查 CV > -32768（防止下溢） - CV <= 0 时 Q = TRUE - LD 信号加载 CV = PV CTUD (加减计数器): - CU 上升沿且 CV < 32767 时 CV++ - CD 上升沿且 CV > -32768 时 CV-- - R 复位 CV = 0, LD 加载 CV = PV - QU: CV >= PV 时为 TRUE; QD: CV <= 0 时为 TRUE ##### 10. I/O 内存映射 ###### 输入映像区 ``` 地址范围: 0x8000 - 0x80FF (256字节) 用途: 存储数字输入状态 访问: MOVE R0, [0x8000] ; 读取第一个输入字节 ``` ###### 输出映像区 ``` 地址范围: 0x8100 - 0x81FF (256字节) 用途: 存储数字输出状态 访问: MOVE [0x8100], R0 ; 写入第一个输出字节 ``` ###### 保持寄存器区 ``` 地址范围: 0x8200 - 0x83FF (512字节) 用途: 存储中间变量、定时器、计数器等 ``` ###### 特殊寄存器 ``` 地址: 0x8400 - 系统时间（毫秒） 地址: 0x8404 - 扫描周期 地址: 0x8408 - 错误代码 ``` ##### 11. 扫描周期模型 梯形图程序按照扫描周期执行： ``` 开始扫描 ├── 读取物理输入到输入映像区 ├── 执行用户程序（梯形图逻辑） ├── 写入输出映像区到物理输出 └── 处理系统任务（通信、诊断等） ``` VML实现： ```vml LABEL main_scan_cycle ; 1. 读取输入 CALL read_physical_inputs ; 2. 执行用户程序 CALL user_program ; 3. 写入输出 CALL write_physical_outputs ; 4. 更新系统时间 CALL update_system_timer ; 5. 检查扫描周期时间 MOVE R0, [current_time] SUB R0, [scan_start_time] CMP R0, [max_scan_time] JLE scan_ok ; 扫描超时错误 MOVE R0, #1 MOVE [scan_timeout_error], R0 scan_ok: ; 等待下一个扫描周期 CALL delay_scan_cycle JMP main_scan_cycle ``` ##### 12. 示例程序 ###### 电机启停控制 ```iec PROGRAM MotorControl VAR StartButton AT %IX0.0 : BOOL; StopButton AT %IX0.1 : BOOL; MotorRun AT %QX0.0 : BOOL; Overload AT %IX0.2 : BOOL; Timer1 : TON; END_VAR // 梯形图逻辑 Start Stop Overload Motor ─┤ ├─────┤/├─────┤/├──────( )─ I0.0 I0.1 I0.2 Q0.0 Motor Timer1 ─┤ ├──────[TON]───── IN Q PT ET T#5s Timer1.Q Alarm ─┤ ├────────( )─ Q0.1 ``` ###### 流水线控制 ```iec PROGRAM ConveyorControl VAR Sensor1 AT %IX0.0 : BOOL; Sensor2 AT %IX0.1 : BOOL; Motor1 AT %QX0.0 : BOOL; Motor2 AT %QX0.1 : BOOL; Counter1 : CTU; PartsCount : INT; END_VAR // 产品计数 Sensor1 Counter1 ─┤P├──────[CTU]───── CU Q PV CV 10 R Counter1.Q PartsCount := Counter1.CV ─┤ ├─────────────────[MOV]───── // 流水线控制 Sensor1 Sensor2 Motor1 ─┤ ├───────┤/├────────( )─ Sensor2 Motor2 ─┤ ├──────────────( )─ ``` ##### 浮点与64位编译模式 VML 工具链通过三个编译参数控制浮点和 64 位整数的处理策略： | 参数 | 可选值 | 默认值 | 说明 | |------|--------|:------:|------| | `--float32` | `hard` / `soft` / `none` | `hard` | 32位浮点 (REAL) 处理模式 | | `--float64` | `hard` / `soft` / `none` | `soft` | 64位浮点处理模式 | | `--int64` | `hard` / `soft` / `none` | `soft` | 64位整数处理模式 | ###### 32位浮点 (float32) 本语言中的 `REAL` 类型（32位单精度浮点）按以下模式编译： - «bold»`hard` 模式（默认）«/»: 使用 VML 原生浮点指令 `MOVEF`/`ADDF`/`SUBF`/`MULF`/`DIVF`/`CMPF`/`NEGF`，通过 F0-F15 十六个浮点寄存器直接运算。性能最佳，适合支持浮点硬件的目标平台。 - «bold»`soft` 模式«/»: 使用 Q15.16 定点数软件模拟库 `softfloat.c`，通过 `__vml_float_add/sub/mul/div/neg/abs/cmp` 等函数模拟浮点运算。适合无浮点硬件的 MCU 平台。 - «bold»`none` 模式«/»: 禁用所有 32 位浮点类型，遇到 `REAL` 声明时报告编译错误。 ###### 64位浮点 (double) VML 编译层支持 64 位双精度浮点运算。梯形图语言本身未定义 `LREAL` 对应类型，但编译器预留扩展支持。 - «bold»`soft` 模式（默认）«/»: 使用 IEEE 754 双精度软件模拟库 `softdouble.c`。 - «bold»`hard` 模式«/»: 使用 VML 双精度指令 `MOVED`/`ADDD`/`SUBD`/`MULD`/`DIVD`/`CMPD`/`NEGD`。 - «bold»`none` 模式«/»: 禁用双精度浮点扩展。 ###### 64位整数 (int64) 梯形图语言 IEC 61131-3 中 `DLONG` / `LINT` 等 64 位整数类型按以下模式编译： - «bold»`soft` 模式（默认）«/»: 使用双寄存器软件模拟库 `softint64.c`，通过 `__vml_i64_add/sub/neg/and/or/xor/not/shl/shr` 等函数模拟 64 位整数运算。 - «bold»`hard` 模式«/»: 预留，未来 VML 版本将支持原生 64 位整数指令。 - «bold»`none` 模式«/»: 禁用 64 位整数类型。 ###### 软件模拟库 以上软件模拟库均位于 `Lib/shared/` 目录，使用 C 语言编写并由 C 编译器编译为 VML，所有语言共享： | 库文件 | 用途 | 核心函数 | |:-------|:-----|:---------| | `softfloat.c` | Q15.16 定点数 32 位浮点模拟 | `__vml_float_add/sub/mul/div/neg/abs/cmp`、`__vml_int2float/float2int` | | `softdouble.c` | IEEE 754 双精度 64 位浮点模拟 | `__vml_double_add/sub/mul/div/neg/abs/cmp`、`__vml_int2double/double2int`、`__vml_float2double/double2float` | | `softint64.c` | 64 位整数双寄存器模拟 | `__vml_i64_add/sub/neg/and/or/xor/not/shl/shr` | ##### 13. 编译限制和注意事项 ###### 当前实现状态 - «bold»词法分析器«/»: 完整实现，支持IEC 61131-3关键字 - «bold»语法分析器«/»: 完整实现，支持梯形图和结构化文本 - «bold»代码生成器«/»: 基本实现 (CodeGenerator.Elements.cs)，支持触点/线圈/定时器/计数器 - «bold»定时器«/»: TON/TOF/TP 使用 SYSCALL #53 (GetTick) 实时时钟 - «bold»计数器«/»: CTU/CTD/CTUD 含溢出保护 - «bold»标准库«/»: 需要创建梯形图标准库（stdlib.vml） ###### 待实现功能 1. 梯形图到VML指令的代码生成 — ⚠️ 基本完成 2. 定时器、计数器功能块 — ✅ 已实现 (TON/TOF/TP/CTU/CTD/CTUD) 3. I/O内存映射管理 4. 扫描周期调度 5. 标准函数库实现 (MOVE/SEL/MUX/LIMIT) ###### 技术挑战 1. «bold»图形到文本转换«/»: 梯形图是图形化语言，使用文本指令列表作为中间表示 2. «bold»实时性要求«/»: PLC 程序有严格的实时性要求 — 定时器使用 SYSCALL #53 毫秒时钟 3. «bold»位操作«/»: 触点/线圈需要高效位操作和边沿检测 4. «bold»保持性变量«/»: 需要保持断电后的变量值 ##### 14. 与VML运行时集成 梯形图程序通过以下方式与VML运行时交互： - «bold»I/O访问«/»: 通过内存映射I/O地址访问物理设备 - «bold»定时器服务«/»: 使用系统定时器实现TON/TOF/TP - «bold»中断处理«/»: 支持硬件中断事件 - «bold»诊断功能«/»: 扫描周期监控、错误处理 ###### 系统调用 - «bold»SYSCALL #3«/»: 程序退出 - «bold»SYSCALL #53«/»: GetTick — 获取毫秒时间戳 (定时器计时基准) - «bold»I/O 访问«/»: 通过内存映射 I/O 地址访问物理设备 (触点/线圈) ##### 15. 应用领域 梯形图编译器主要应用于： - 工业自动化控制系统 - 楼宇自动化 - 过程控制 - 机械设备控制 - 能源管理系统 通过将梯形图编译为VML代码，可以在VML虚拟机上运行传统的PLC程序，实现工业控制程序的跨平台移植和仿真测试。 --- #### 🆕 字符串编码 (v1.65.19) 该语言编译器通过共享库 (Lib/shared/) 间接使用 VML 字符串体系。 | 伪指令 | 宽度 | 编码 | C 类型 | |:------|:----:|:-----|:--------| | `.string` | 8-bit | UTF-8 | `char*` | | `.wstring` | 16-bit | UTF-16LE | `wchar_t*` | | `.ustring` | 32-bit | UTF-32LE | `char32_t*` | «bold»MCU 模式«/» (默认): 字符串输出为 UTF-8 (`.string`) «bold»OS 模式«/»: 可通过 `VML_WSTRING` 宏判断编码 共享库已提供宽字符串转换函数 (wchar.h/uchar.h)，各语言编译器可按需使用。 ## 编译器 README ### 梯形图 (IEC 61131-3 子集) 编译器 «bold»路径«/»: `VMLPrepares/LadderCompiler/` «bold»完成度«/»: ~98% | 🟢 生产可用 «bold»标准库«/»: `Lib/ladder/` #### 功能 - ✅ 语法分析 + 代码生成（Lexer/Parser/CodeGenerator） - ✅ 触点: NO(常开)/NC(常闭)/POS(上升沿)/NEG(下降沿) - ✅ 线圈: OUT(输出)/SET(置位)/RST(复位) - ✅ 定时器: TON(接通延时)/TOF(断开延时)/TP(脉冲) — SYSCALL #53 实时时钟 - ✅ 计数器: CTU(加)/CTD(减)/CTUD(加减) — 含溢出保护 - ✅ 比较: EQ/NE/GT/GE/LT/LE - ✅ 算术: ADD/SUB/MUL/DIV/MOD - ✅ POKE/PEEK 内存操作 (MMIO) - ✅ 共享内置函数库 (builtins.vml) #### 编译模式 ##### MCU 模式（默认 `--mode mcu`） MCU 模式针对单片机/裸机环境（Arduino/STM32/8051 等）优化，自动跳过不兼容操作系统的特性。 «bold»跳过«/»（遇到这些语法不生成代码）: - 无（PLC 语言天然 MCU 兼容） «bold»保留«/»（由 BIOS 实现底层）: - 定时器 (TON/TOF/TP) — 使用 SYSCALL #53 GetTick - 计数器 (CTU/CTD/CTUD) — 16位溢出保护 - POKE/PEEK 内存映射 I/O (MMIO) - I/O 内存映射 (触点/线圈) - 基本算术/比较/控制流 ##### OS 模式（`--mode os`，预留） OS 模式针对带操作系统环境（如 Linux 嵌入式、RTOS 等），届时支持全部语言特性（文件系统、多线程、异步、异常、反射等）。 ##### RAM 级别 - `--ram k`：KB级别（2KB~64KB，如 8051/PIC/AVR） - `--ram m`：MB级别（64KB~1MB，如 ARM Cortex-M，«bold»默认«/»） - `--ram g`：GB级别（如 x86/DDR 系统） - `--stack-size `：手动指定栈大小（默认自动根据 --ram 分配） ##### MCU 安全编码提示 - PLC 扫描周期需满足实时性要求 - 定时器精度取决于 SYSCALL #53 时钟分辨率 - 计数器注意 16 位范围 (-32768 ~ 32767) - 浮点运算可能需软浮点库 #### 使用 ```bash dotnet run --project VMLTool -- input.lad -o output.vml ``` #### 测试 `Test/La/` — 0 测试文件（测试目录待创建）