（电力电子与电力传动专业论文）Petri网硬件实现方法的研究.pdf

江苏大学硕士学位论文 遍历这棵抽象语法树，比较p e t r i 网文本描述( c o n p a r 格式) 和v h d l 代码的差 别，将相应的c o n p a r 源程序转换为v h d l 代码，并用一个实例证明了这个编译程 序的正确性，在国内率先进入这一研究领域。 关键词：p e t r i 网，集成电路，离散事件系统，编译程序，硬件实现，v h d l 并行控制器，可编程逻辑器件 i i 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t m o d e n n ga n dc o n t r o l o fd i s c r e t ee v e n t s y s t e m h a v er e c e i v e dm o r ea n dm o r e a t t e n t i o n sf r o mc o n t r 0 1a r e a p e t r in e ti sa ni m p o r t a l l tt o o l t om o d e ld i s c r e t ee v e n ts y s t e m i ti s e s p e c i a l l ym f o rm ed e s c r i p t i o no fa s y n c l l r o n i z a t i o n ，c o n c u r r e n c y r e s o u r c es h a r i n g a n dc o n f l i c te t c i tn o to n l yh a sr i g o r o u sma _ 出e m a t i c a lf o u n d a t i o n ，b u ta l s oh a sv i s u a l i z e d d i a g r a m m a t i cr e p r e s e m a t i o n i tc a i l b eu s e dt o a n a l y z ea r c h i t e c t i l r a l c h a r a c t e r i s t i ca n d d y n 锄i cp e r f o r n l a i l c eo ft h es y s t e m p e t r in e t sc o n 订o lm o d e lc a l lb eg o t t e nt h r o u 曲 a n a l y s i s o ft h e s y s t e m t r a n s f o r m i n gc o n t r o lm o d e li n t o c i r c u i tm o d e li st l l e g o a lo f c o n t r o la r e a t h eg o a li sr e a l i z e dd u et ot h e 印p e a r a l l c eo fa d v a l l c e de d as o r w a r ea n d i n s y s t e mp r o g r a m m a b l el o g i cd e v i c e i nt h i st h e s i s ，t h ea u t h o rs u m m a r i z c sd o m e s t i ca n d o v e r s e a sa c t u a i i t yo fp e t r in e t sh a r d w a r ei m p l e m e n t a t i o n ，t h ea u t h o rs t u d i e sh o wt ou s e t h es t a n d 棚h a r d w 黜d e s c 晒i o n l a l l g u a g et od e s c r i b ep e 打in e t m o d e lo ft h es y s t e m ， i n c l u d i n gc es y s t e ma n dp 厂rs y s t e me t c t h e nt l l r o u 曲e l e c t r o n i cd e s i g na u t o m a t i o n s o n w a r em a x + p l u s i i ，t h ev h d l d e s c r i p t i o no f p e 仃in e tm o d e l i s c o m p i l e d ，s i m u l a t e d ， f i td e s i g na n dn n a l l yd o w n l o a d e dt of p g a i 、o e x a l l l p l e sa r ep r e s e n t e di nt h et h e s i s s i m u i a t i o nr e s u l t ss h o w 也ec o r r e c m e s so ft h i sm e 也o d o n 也eb a s i so ft h i s t h ea u t h o r e s t a b l i s h e sp e t r in e t sc o m p o n e n tl i b r a r yi nm a x + p l u s i i t h ed i a g r a mo fp e 仃in e ti s d r a w nt h r o u g hu s i n gp e t r in e t s c o m p o n e n t si nc o m p o n e n t1 i b r a r y1 i k ec a l l i n gc i r c u i t c o m p o n e n t s ，t h e n t h ed i a g r a mi sc o m p i l e d ，s i m u l a t e d ，m d e s i g na n d d o w n l o a d e dt of p g a ， t h u sm ec o n t r o l l e ri sa c h i e v e dd i r e c t l y i t 、i 1 1s u p p l ya ne 髓c t i v ew a yt ot l l ed e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o no f p a r a l l e lc o m m l l e r i ti sa l s oag r 印h i cp r o 鲈猢i n ga p p r o a c h d e 印 s u bm i c r o n t e c l l l l o l o g y h a sb e e n g m s p e do w i n g t 0t l l e p r o g r e s s o f s e m i c o n d u c t o rm a l l u f a c t u r e p r o c e s s c o n v e n t i o n a la u t o m a t a - b a s e dd e s i g nm e o r y 、v i i l m e e ta u s t e r e c h a l l e n g e s d u et om ei n c r e a s i n g d e n s i t yo fi n t e g r a t i o n d e s c r i p t i o n a n d v e r m c a t i o no ft h es y s t e mn e e dn e w t h e o r ys u p p o n s s y n c h r o n o u ss e q u e m i a lc i r c u i ti s r e p i a c e db ya s y n c h r o n o u ss e q u e n t 主a l c i r c u i tm o r ea n dm o 糟s e m a n t i c so fh a r d w a r e d e s c r i p t i o nl a n g u a g ei sb a s e d o nt h es i m u l a t i o nl e v e l b u tf b n n a la 1 1 a i y s i sa 1 1 dv e r m c a t i o n t e c h n o l o g y i s n e c e s s a r y t oas t r i c ts e m a i l t i c sd e f i n i t i o n 1 1 1 e k e yo f i cp r o d u c t s s u c c e s s f a i li st h ed e s i g n f u n c t i o nv e r i f i c a t i o nd e t e 姗i n e si t s q u a l i t y 7 0p e r c e n to fm e d e s i g ni s 也ev e r i n c a t i o n p e t r in e tw a su s e dt od e s c r i b ea n dv e r i f yi n t e g r a t e dc i r c u i t s y s t e mm a n yy e a r sa g o t r 彻s l a t i n gp e t r in e ti m ov h d ll a n g u a g ei sah o tr e s e a r c h s u b j e c ti nm i c r o e l e c t r o n i cf i e l d t 1 1 i sr e s e a r c hw a sc a r r i e do u ti nt h ee n do fl a s tc e n t u m t h ed e t a i l e dt e c h n i c a ld a t ai sh a r dt og e tb e c a u s eo fi t sc o m m e r c i a lv a l u e b a s e do nt h e i i i 江苏大学硕士学位论文 i d e ao fp r o f e s s o rm a r i a na d 锄s k if r o mz i e l o n ag o r at e c h n i c a lu n i v e r s i t y ，p o i a j l d ，t h e a u t h o rd e s c r i b e sp e t r in e tm o d e li nc o n p a rt og e tt h et e x t u a lf i l eo fp e t r in e tm o d e l ， t h e nt 1 1 et e x t u a l 矗l ei st r a n s l a t e di n t ov h d lc o d e s b u tw eu s ed i 行色r e mc o m p i l et o o l sa n d m e t h o d f i r s t l y c r e a t ec o r r e s p o n d i n gt o k e n st h r o u g h1 e x i c a ia n a l y z e rt h a ti sp r o d u c e db y f l e xa 1 1 dt r a n s f e r t o k e n st o b y a c c s e c o n d l y ，r e c o g n i z et h et o k e n st 1 1 r o u 曲b y a c c a n ds p e c i f yl h e s et o k e n s b o n o m u p ，t 1 1 e n a na b s t r a c t s y n t a x t r e ei s f o 肌e d f i n a l 】y ， t r a v e r s et h ea b s t r a c ts y n t a xt r e ea 1 1 d c o m p a r et h ed i f i b r e n c eb e t w e e np e t r in e t st e x u a l d e s c r i p t i o na n dv h d l c o d e st oc o m p l e t et h et r a n s l a t i o n a ne x a r n p l ei sp r e s e n t e dt os h o w t h ec o r r e c t n e s so ft h i s c o m p 订e lw eh a v et a k e nt h el e a di nt h i sr e s e a r c ha r e ai no u r c o u n t r y k e y w o r d s ：p e t r in e t ( p n ) ，i n t e 伊a t e dc i r c u i t ( i c ) ，d i s c r e t ee v e ms y s t e m ( d e s ) ， c o m p i j e r ，h a r d w a r ei m p l e m e m a t i o n ，v h d l ，p a r 丑l l e jc o n t r o l l e r ， p r o g r a m m a b l el o g i cd e v i c e ( p l d ) l v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学位保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密囤。 学位论文作者签名：阻警这 b 掮：6 月，占日 指导教师签名：炎不月夜 妒3 年z 月毋日 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：阻步畿屯 日期：h ；年月，孑日 江苏大学硕士学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 p e t r i 网是德国数学家c a r l a d a m p e t r i 博士于1 9 6 2 年在他的博士论文用自动机 通信f c o m m u n i c a t i o n w i t h a u t o m a t a ) 中首次提出的网状结构的信息流模型，4 0 年来， p e t r i 网理论得到了很大的发展，p e t r i 网的应用领域也在不断扩大，越来越受到国内 外专家学者的重视。p e t r i 网既有直观的图形表示，又有深厚的数学基础，既是层次 化的结构模型，又能反映系统的动态性能。p e t r i 网作为一种信息流模型，具有强大 的模拟能力，描述和分析并发现象有独到的优越之处，使得它在许多领域得到应用， 特别是离散事件系统。使用p e t r i 网对离散事件系统建模，采用p e t r i 网软件工具分析、 验证系统的各种性能，己被人们广泛接受【1 4 i 。 p e t r i 网已被证明是对带有并发行为的离散事件系统建模的有效方法。它的主要 优点在于其直观的图形表示和一套有效的形式化分析的方法，包括对系统的验证和 模拟。普通p e t “网也已通过扩展，得到p e t r i 网的许多子类，目的是对同步并发数字 系统进行有效描述，包括数据部分和控制单元【4 】。当一个系统有并发行为时，用有限 状态机( f s m s ) 对数字系统的控制单元不能进行有效的图形化描述。p e t r i 网允许对 协同子系统作简洁描述并使用形式化的验证方法，这样可使设计错误最小化【5 】。 用硬件描述语言进行电路和系统设计是当前e d a 技术的重要特征，它使得设计 者在较高抽象层次上进行系统的结构和内部特征的设计，v h d l 语言也适合用来描 述异步并发系统，因而可与p e t r i 网模型建立联系。对p e t r i 网模型用v h d l 进行描 述，从而为p 蜘。i 网模型的硬件实现奠定了基础。 关于p e t r i 网的硬件实现问题的研究。迄今已有多年，并且随着硬件的不断出新， 该项研究也不断有新的进展，使得p e t r i 网有可能成为电路设计的一种通用方法。因 此，p e t r i 网描述与分析并发现象的特点愈加突出出来，基于p e t r i 网的智能化的并行 控制器的设计与硬件实现的课题引起了人们强烈的兴趣。利用p e 仃i 网技术，不仅可 以用来设计、分析和验证，还能够进行优化控制。 1 2 本课题的研究目的、内容及意义 在离散事件动态系统的设计与控制方面，系统的描述、分析与验证越来越重要， p e t r i 网被认为是担当这一重任的最好选择。本课题研究的目的是寻求用硬件描述语 言来描述p e t 网各种子类的方法。然后在此基础上，设计可自动将p e t r i 网模型转换 为硬件描述语言v h d l 语言代码的编译程序，为并行控制器设计方法的创新打下基 础，得到基于p e t r i 网的并行控制器自动硬件实现的方法学。 本课题主要研究如何用标准的硬件描述语言v h d l 来对系统的p e t r i 网模型( 具 江苏大学硕士学位论文 体包括c e 系统和p t 系统等p e t r i 网子类) 进行描述，然后在现有的e d a 软件平 台下( 如m a x + p l u s i l l o o ) 对p e t “网模型的v h d l 描述进行编译、模拟、适配， 最后下载到f p g a 或c p l d 可编程逻辑器件中。同时使用v h d l 语言在 m a x 口i u s i i l o o 中建立p e t r i 网的元件库，通过调用库中的p e t r i 网元件绘制出p e t r i 网模型的电路图，并经编译、模拟、适配，最后可下载到c p l d 或f p g a 器件中加 以实现。在此基础上，研究p e t r i 网模型的标准文本表示方法，进而研究p e t r i 网文本 描述到v h d l 语言编译程序设计的思路和方案，并具体实现了p e t r i 网的c e 系统到 v h d l 语言转换的编译程序。 p e t r i 网硬件实现问题的解决。使得可以用p e t r i 网对系统建立控制模型，并用p e t r i 网软件分析工具对该模型进行分析、验证之后，用硬件描述语言来描述p e t r i 网控制 模型，最后用f p g a 或c p l d 可编程逻辑器件实现。为并行控制器设计提供了一种 行之有效的方法，它保证了控制器的正确性与有效性。而p e t r i 网元件库的建立，又 为控制器的设计与实现提供了一种新的有效途径，也是一种图形化的编程方法。更 为有意义的是，p e t r i 网到v h d l 语言转换的编译程序的实现又为基于p e i 网的并行 控制器的自动硬件实现提供了一种新的快速有效的方法。总之，本文的完成使p e t “ 网在v l s i 方面的应用不限于对系统的描述与验证，它能够通过硬件描述语言直接生 成电路，其意义是深远的，并有可能与现有的i p 核相结合，并为软硬件协同设计提 供有效方法。 1 3p e t r i 硬件实现的国内外研究概况 l - 3 1 国内研究概况 我国p e t r i 网理论研究在不断深入，应用领域在不断拓展，主要研究集中在p c t r i 网建模、p e 城网的性质分析和求解算法等方面。但p e t r i 网的硬件实现方面的研究似 乎被忽视，基于p e t r i 网的逻辑控制器的设计方法很少有人去研究。文 6 1 0 】是基于 r t l 实现p e t “网，研究了用c p l d 实现p e t “网监控器的方法，并通过“猫和老鼠迷 宫”和“自动控制车辆”等问题的p e t r i 网监控器硬件实现的实例说明了这种方法。用硬 件描述语言a b e l h d l 对p e t r i 网进行描述，通过e d a 软件工具，用c p l d 实现， 系统是异步、并发的，没有使用全局时钟。这种方法不仅完成了p e t r i 网的硬件实现， 而且提供了一种设计逻辑控制器的新方法。这些p e t r i 网控制器均在l a t t i c e 公司的 i s p l i s l 0 3 2 e 芯片上实现，并在e d ap r 0 2 k 实验开发系统上得到实际验证。文 9 】又 给出了c e 系统、p t 系统、t 时延p e t r i 网系统和具有抑制弧、允许弧和非纯网系 统的逻辑电路模型。 1 3 2 国外研究概况 p e t r i 网的硬件实现方面的研究，国外许多学者一直表现出浓厚的兴趣并进行了 2 江苏大学硕士学位论文 较深入的研究。法国于1 9 7 5 年成立了逻辑控制器标准表示委员会，对越来越复杂 的逻辑控制器，寻求一种标准化的描述工具，以促进微处理器的发展。最后选中了 以p e t r i 网为基础的逻辑控制器图形表示工具，命名为g r a f c e t 弘l ，1 9 8 2 年成为法 国国家标准n f c 0 3 1 9 0 ，后来又成为国际标准，得到工业界的支持，应用在p l c 程序设计中，这是p e t r i 网硬件实现的成功应用。 p e t r i 网在微电子电路方面的应用也很早被研究。早在1 9 9 1 年，s g s t h o m s o n m i c r o e l e c t r o n i c 的m a n i nb o l t o n 就以复杂度在百万个晶体管的图像压缩芯片为对象， 将p e t r i 网用于并行控制器的描述和逻辑综合】。英国牛津大学也在1 9 9 1 年就已经 将有色p e t r i 网用于v l s i 设计的描述与分析。韩国s e o u l 国立大学也研究了用f p g a 实现p e t r i 网旧”】。台湾学者则制成了用于集成电路早期故障检测与绝缘安排的 a s i c 【1 4 】。文【1 5 将高级并发程序语言a l e p h 转变成p e t r i 网并用硬件实现之。 波兰z i e l o n ag o r a 工业大学的m a r i a na d 锄s k i 和m a r e kw j g r z y n ，从1 9 8 7 年起， 一直致力于p e t r i 网硬件实现的研究，起初使用解释p e t r i 网来描述并行控制器，然后 用p l d 设计描述语言p a l a s m 来描述p e 仃i 网( 后来改用c o n p a r 语言) ，再转变为v h d l 语言，通过e d a 工具，将其下载到f p g a 器件中。主要研究软硬件协同设计和并 发系统综合中基于p e t r i 网的行为描述，把p e t r i 网作为v h d l 和设计模型的中间层 描述。一种允许对基于层次化的同步解释p e t r i 网( s i p n ) 的控制器描述、分析、仿 真和综合的完整的e c a d 框架已经被开发出来了，功能框架如图1 1 所示。尽管现 在有一定限制，但建议的框架对于并行控制器的设计是一个非常有用的工具，特别 能先于实现在描述级最小化错误。它接收基于p e t r i 网的控制器描述作为输入，来验 证控制器的属性，允许p e 仃i 网模型的动态化，可将层次化p e t r i 网描述直接有效地映 射成布尔方程。这种方法简化了v h d l 代码的调试，因为在初始p e t r i 网模型 ( c 0 n 队r 格式) 和产生的v h d l 代码之间有直接的对应关系。同时他们对g r a f c e t 和s f c 的硬件实现也作了深入研究，并将其应用在p l c 中。并对基于嫂则的描述以 及规则与逻辑电路之间的关系进行了研究，取得了一系列的研究成果i j 6 。2 们。近年来， m a r i a i l a d a m s k i 和m a r e kw e g r z y n 等人。在政府资助下，积极开展国际间( 包括与葡 萄牙的m i l l 1 0 大学、德国的1 1 m e n a u 技术大学、c o t t b u s 技术大学、西门子公司、白 俄罗斯科学院、美国的a l d e c 公司、i n t c l 公司等单位) 的合作，开发v l s i 的软 硬件协同设计平台，他们使用有色p e t r i 网对系统进行描述，并用软件d e s i g l l c p n 进行分析与仿真，研究网的分解，开发的软件工具称之为p e n c a d ，用于v l s i 的设 计【2 “”l 。为了进一步开展这方面研究工作，2 0 0 1 年6 月在波兰的p r z 外o k 召开了第一 届国际离散事件系统设计研讨会( d e s d e s 0 1 ) ，并出版了会议论文集【2 4 】。 德国乌尔姆大学微电子系的s l a v e kb u l a c h 研究开发最优化的可编程硬件平台来 执行由p e t r i 网描述的控制算法。目的是集成电路的制作和它的性能测试。并于2 0 0 0 年7 月研制了以0 3 5 微米c m o s 技术制成的专用i c ，称为p e 仃i 网决策单元( p n d u ) 。 初始测试已显示了它的正确功能。图1 2 是p n d u a s i c 图阢2 6 1 。 江苏大学硕士学位论丈 葡萄牙m i n h o 大学信息系r i c a r d oj m a c h a d o ，j o a om f e m a n d e s 和a l b e r t oj p r o e n c a 等人开发了一个c a d 环境h ：s o f h i a ( s o f t w a r ef o r h i e r a r c h i c a l a r c h i t e c t u r e s ) ，用来对数字系统建模，验证它们的属性和模拟它们的行为。使用了 一种新的p n 模型：s h o b i p n ( 同步的，层次化的，面向对象的和解释的p n ) ，支持 层次化设计并且可以对数字系统的控制单元和数据部分进行建模。s o f h i ac a d 环 境适合于由s h o b i p n 描述的控制器系统。层次化的p n 描述直接并且有效地映射成 图1 ie c a d 的完整框架图1 2p n d u a s i c 布尔方程。这种方法简化了v h d l 代码的调试，因为在初始p e t r i 网模型和产生的 v h d l 代码问有直接对应性。使用基于s h o b i p n 描述的数字控制系统设计的所有需 要完成的任务s o f h i a 环境完全支持。这些任务有三点：( 1 ) 模型属性的形式化验 证；( 2 ) 仿真；( 3 ) 用于系统综合的v h d l 代码的生成。 澳大利亚墨尔本大学电气电子工程系c h o ，k e f o n v a r d 。k r ，p a r k e r 等开发 出了一种高级p e t r i 网称为硬件p e t r i 网( h a r d w a r ep e t “n e t s 或h 网) ，用来对要在 硬件中实现的并发系统进行建模1 27 ”】。在p e t r i 网原来定义基础上增加了一些新的规 则【3 “。h 一网的主要应用是有效产生可靠的通信协议，通过硬件p e t r i 网可对硬件设计 进行验证和确认。它可用来以硬件形式辅助设计和实现可靠协议。在h 一网中介绍的 层次化和模型化的建模结构的概念使得一个模型可直接映射到硬件中。使得由p e t r i 网描述的计算机通信协议能够硬件实现。把p e t r i 网应用在复杂数字系统设计并已开 发出描述p e t r i 网的语言( p n l ) ，它使得p e t “网的硬件实现和验证有了一个相对直 接的方法。 德国西门予公司p a t r i kr o k ) r t a 和i l m e n a u 技术大学w j l 龟a n gf e n g l e r ，t h o r s t e n h u m m m e l 等提出了使用硬件p e t r i 网对系统描述和实现的设计方法【3 0 1 。电子系统设 计自动化( e s d a ) 工具被用来完成从p e t r i 网模型产生可综合的v h d l 代码。使用 有色p e t r i 网设计带有规则结构的大系统将会提高其处理能力和灵活性。并实现了一 个马达监控器的p e t r i 网模型。使用p e t r i 网强大的分析功能，可以先于系统的实现检 测到大量的设计错误。而且由于从硬件p e t “网生成v h d l 代码是可能的，因此一个 江苏大学硕士学位论文 可综合的设计( 如f p g a 或a s i c ) 可在比v h d l 更高的抽象级获得。为了扩大p e t r i 网在硬件设计过程中的灵活性，系统应该用有色硬件p e t r i 网来描述。 1 9 9 6 年的i e e e 工程技术会议上日本横滨国立大学y a s u n o r id o h i 等提出的“p e t r i 网控制器间的通信系统”是采用将大型p e t r i 网分为几个较小子网，在这些子网控制器 之间建立通信系统的方法来完成p e t r i 网控制器的硬件实现【3 l _ 3 3 】。当一个大型p e t r i 网要实现时，可以将它分成几个更小的予网并且每个子网通过p e t r i 网控制器来实现。 因此，这个系统由一组p e t r i 网控制器和一个通信控制器组成。为了使这组子网能像 原来的大网一样工作，保持这些子网中托肯的一致性是很重要的。使用这种方法实 现了一个多处理器系统的模型。也研究了控制器间的新的通信协议及其硬件实现。 1 9 9 3 年，英国b r i s t o l 大学开发了一个用于并行控制器综合的c a d 软件工具一 p a r j s ，它是建立在逻辑综合系统的基础之上。首先读入文本p e t r i 网描述并对其进 行词法和语法分析，然后测试确定性、安全性和活性，接下来一方面进行结构化简 和并发矩阵构造，进行位置编码；另一方面是一一实现；第三是生成等效s t g 图； 最后进行逻辑综合和优化，进行时序状态分配【3 ”。西班牙的j o r d ic o r t a d e l l a 教授研 究嵌入式系统的综合和验证。主持开发了p e t r i 网和异步电路综合的软件工具一 p e t r i 母。用于异步电路设计的软件工具包c a s c a d e 能够与p e t r i 如接口【3 5 】。 牙买加西印度群岛大学l u c i e nn g a l 锄o u 等人已经开发了一个完整的工具称为 p e t r i 如z z y ，它可以从c p n 模型产生模糊集( f u z z ys e t s ) 。产生的模糊集然后被一个 称为x f u z z y 的软件工具使用。x 向z z y 是设计混合控制器的一个完整的工具，使用 d e s i g n c p n 对p e t r i 网建模后可以由x f u z z y 进行综合。以前d e s i g l l ，c p n 没有x m l 特征，所有必须产生一个中间文件并且使用m e t a s c r i b e ( 巴黎第六大学的一个工具) 。 使用了上面提到的p e t r i 网和异步电路的综合工具p e t r i f y ，用于并发数字系统建模。 同时给出了一种从数字系统的p e t r i 网模型生成v h d l 代码的方法，这种方法基于 x m l 转换器和m e t a s c r i b e i “j 。 英国的a l e x 眦o v l e v 、葡萄牙的l u i s g o m e s 等人在1 9 9 8 年和1 9 9 9 年“a p p l i c a t i o n a 1 1 d1 1 1 e o r yo f p e t r in e t s ”会议期间组织召开了“w o r k s h o po nh a r d w a r ed e s i g na n dp e t r i n e t s ”并在2 0 0 0 年出版了专著h a r d w a r ed e s i g na i l dp e t r in e t s 3 7 】。j o r d ic o r t a d e i i a 、 l u c i a n 0l a v a g n oa n da l e xy a k o v l e v 等人在2 0 0 0 年“a p p l i c a t i o na n dt h e o r yo fp e t r i n e t s ”会议期间，组织召开了“a d v a n c e dt u t o r i a lo nh a r d w a r ed e s i g na n dp e t r in e t s ， 2 0 0 1 年的会议则组织召开了“a p p l i c a t i o no fc o n c u h n c yt os y s t e md e s i g n ”，j o r d i c o r t a d e l l a 等人在2 0 0 3 年则出版了专著c o n c u r r e n c ya i l dh a r d w a r ed e s i g n ，a d v a n c e s i np e t r in e t s 【3 8 】，他们长期努力的工作，取得了一定的成果。研究成果涉及用p e 们 网模拟硬件、用于异步电路的模型分析与设计、基于p e t r i 网综合的理论与实践、硬 件设计方法与工具、结构模拟与性能分析【3 7 删。他们的做法是用p e 证网对异步行为 建模，最后综合成电路网表。这种研究方法与波兰z i e l o n ag o r a 工业大学的m a r i a n a d a m s k i 和m a r e kw e g r z y n 的研究方法不同，前者用p e t r i 网描述逻辑电路，有时会 5 江苏大学硕士学位论文 _ _ _ _ _ - - _ - _ _ - - - - h _ - - 一_ _ _ 一 使模型过于复杂化，但从p e t f i 网模型到电路网表相对容易；后者是用硬件描述语言 来描述p e t r i 网，p e t r i 网模型可以根据设计要求高度抽象，模型简洁，能与商业e d a 软件接口，但在使用现有的i p 时较为困难。 1 4 本章小结 本章首先介绍了本课题的研究目的、内容及意义，然后对近年来国内外p e t r i 网 硬件实现方面的研究状况作了较为详尽的概述，可以看出国外对p e t “网硬件实现的 研究已有多年，并取得了定的研究成果。而在我国，这方面的研究还没能得到足 够的重视，特别是p e t r i 网的图形化编程方法以及p e t r i 网的自动硬件实现方法的研究 还几乎是空白。 1 5 本文内容安排 本文共分为七章。 第一章为绪论，介绍了本课题的研究目的、内容及意义，对近年来国内外p e 仃i 网硬件实现方面的研究状况作了较为详尽的概述。 第二章介绍了p e t r i 网理论基础，包括p e t r i 网的基本定义，p e t r i 网的基本特性， p e t r i 网的分析方法以及p e t r i 网的应用领域等。 第三章讨论了电子设计自动化( e d a ) 技术和v h d l 语言的知识，以及a n e r a 公司的m a ) 【+ p 1 u s i l l 0 0 软件。 第四章研究了如何利用v h d l 语言对p e t r i 网模型进行描述，然后在现有的e d a 软件平台下( 如m a x + p l u s i i l o o ) 对p e 网模型的v h d l 描述进行编译、模拟、 适配，最后下载到f p g a 或c p l d 可编程逻辑器件中。并具体实现了c ，e 系统和p 厂r 系统的例子。同时在m a x + p l u s i l l o o 软件中建立了p e 试网的元件库，在图形编辑器 ( g r a p h i c e d i t o r ) 中通过调用库中的p e t r i 网元件绘制出p e t r i 网模型的电路图，再进 行编译、模拟、适配并最终下载到f p g a 或c p l d 器件中加以实现。 第五章讨论了编译理论的基础知识，以及编译工具l e x 和y a c c 的使用方法。 第六章研究了p e t r j 网模型的标准文本表示方法，并进而研究了p e 啊网文本描述 到v h d l 语言转换的编译程序设计的思路和方案，最后实现了p e t r i 网的c 厄系统到 v h d l 语言转换的编译程序。 第七章总结了本论文所做的主要工作，并对今后一些需进一步研究的问题进行 了展望。 江苏大学硕士学位论文 第2 章p e t r i 网理论概述 2 1 p e t r i 网简介 p e t r i 网作为一种信息流模型，现已成为并发与异步系统设计与实现的强有力的 模拟与分析工具。带抑制弧的增广p e t r i 网已被证明与著名的图灵计算机在计算能力 上是等价的，从而充分显示出p e t r i 网模型的描述能力。同其它工具相比，p e t r i 网 的优势就在于它图形化建模的直观性和理论分析的严谨性，尤其是对并发、资源竞 争、同步等行为的描述能力是其它工具所不及的。因此，p e t r i 网在并发系统建模中 的应用已经越来越受到人们的重视。 p e t r i 网经过4 0 年的发展，在自动控制和计算机科学中得到了广泛的应用，例如 网络协议，系统可靠性分析，软件工程，人工智能，形式语义，操作系统，并行程 序的设计与分析，数据管理，人工神经元网络和决策模型等等【1 3 】。 p e t r i 网是离散事件动态系统( d e d s ) 建模的一种重要工具【4 “。p e 埘网可以很直 观地描述离散事件系统的各种关系和行为，可方便地分析离散事件系统的各种特性。 且p e t r i 网具有一定的可分解性( d e c o m p o s i t i o n ) ，使得模块化设计变为可能，更由 于其形式化的描述方法，能够直接由模型转化为真正可用的控制代码，实现对系统 的控制。因此p e t r i 网在离散事件动态系统的建模、分析和控制综合中得到广泛的应 用。 2 2 p e t r i 网的基本定义 p e t “网的基本定义如下【l 】： 定义1 三元组n = ( s ，t ；f ) 称为有向网( 简称网) 的充分必要条件是： 1 s n t = ： 2 s u t ： 3 f ( s t ) u ( t s ) ；( “”为笛卡尔积) 4 d o m ( f ) u c o d ( f ) = s u t 其中d o m ( f ) = x f j y ：( x ，y ) f ， c o d ( f ) = y i | x ：( x ，y ) f ) 分别为f 的定义域和值域。 s 和t 分别称为n 的库所( p l a c e ) 集和变迁( t r a l l s i t i o n ) 集。f 为流关系( n o w r c l a t i o n ) 。库所和变迁又分别称为s 元素和t _ 元素，或s 元和t - 元。x = s u t 称 为n 的元素集。 江苏大学硕士学位论文 定义2设x x 为n = ( s ，t ，f ) 的任一元素， 。x = y i ( y ，x ) f ) 称为x 的前集( p r e s e t ) 或输入集， x 。= z l ( x ，z ) f ) 称为x 的后集( p o s t s e t ) 或输出集。 定义3 四元组= ( b ，e ；f ，c ) 能构成条件事件系统( c o n d i t i o n e v e n ts y s t e m ) 的 要求是： 1 ( b ，e ；f ) 为简单有向网，称为的基网。 2 c 吼( b ) 是丛上的完全情态集，c 中的丛称为的情态。 3 ，v b b 了c 1 ，c 2 c ：b c l b 匹c 2 。 4 v e ej c l ，c 2 c ：c 1 e c 2 。 条件事件系统简写为c e 系统。 定义4 对有向网n = ( s ，t ；f ) ，记i n 0 _ o ，1 ，2 ) ，i n = 1 ，2 ，3 ，) ，并以表示无 穷：= + l = 一1 = + 0 ) 。 1 k ：s 甘i n u ( o ) 称为n 的容量函数( c a p a c i t yf i l