在VHDL基礎上Petri網(wǎng)并行控制器的實現(xiàn)

精品文檔-下載后可編輯在VHDL基礎上Petri網(wǎng)并行控制器的實現(xiàn)Petri網(wǎng)是異步并發(fā)系統(tǒng)建模與分析的一種重要工具，1962年由德國科學家C.A.Petri博士創(chuàng)立。40多年來，Petri網(wǎng)理論得到了很大的豐富和發(fā)展。Petri網(wǎng)既有直觀的圖形表示，又有深厚的數(shù)學基礎；既是層次化的結構模型，又能反映系統(tǒng)的動態(tài)性能。

VHDL作為一種高速的硬件描述語言適于描述設計異步并發(fā)的系統(tǒng)，因而可與Petri網(wǎng)模型建立聯(lián)系。用VHDL對模型進行程序設計，為模型的硬件實現(xiàn)奠定了基礎。隨著大規(guī)模、高密度的可編程邏輯器件FPGA和CPLD的問世與應用方面的迅速推廣，并且有各種EDA軟件工具的支持，使得人們可以根據(jù)Petri網(wǎng)的拓撲結構用硬件加以實現(xiàn)，以使Petri網(wǎng)的硬件實現(xiàn)成為可能。

針對傳統(tǒng)的設計方法不太適合并行控制器設計的問題，本文介紹一種使用硬件描述語言VHDL來實現(xiàn)基于Petri網(wǎng)的并行控制器的方法。首先使用Petri網(wǎng)對問題進行建模，并對模型進行分析和控制，獲得控制器的Petri網(wǎng)模型；然后用VHDL對Petri網(wǎng)控制模型加以描述，得到源文件；通過EDA軟件開發(fā)工具Max+PlusⅡ進行編譯、模擬、適配，并到可編程邏輯器件中。

1Petri網(wǎng)簡介

2實現(xiàn)的基本方法

Petri網(wǎng)本身就是一種硬件描述語言，是一種高度抽象的、結構化的并發(fā)語言。Petri網(wǎng)非常適合于復雜離散系統(tǒng)的建模和形式化分析，而VHDL則是一種標準的硬件描述語言，可以解決數(shù)字系統(tǒng)描述中并發(fā)性問題，允許其仿真和綜合。Petri網(wǎng)和VHDL可以相互補充，并且也可以提供一個驗證子系統(tǒng)接收所有設計任務相同的用戶接口描述[4]。并行控制器的VHDL文本Petri網(wǎng)描述在一個實際設計中可獲得50%的面積減少及40%的速度改善（相對于的FSM綜合）。

用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷韺崿F(xiàn)由Petri網(wǎng)描述的并行控制器，其實現(xiàn)的基本步驟如下：

（1）對實際系統(tǒng)建立Petri網(wǎng)系統(tǒng)模型。

（2）采用Petri網(wǎng)軟件工具對所建立的Petri網(wǎng)系統(tǒng)模型進行分析并加以控制，建立監(jiān)控器的Petri網(wǎng)系統(tǒng)模型。

（3）確定輸入輸出變量并選擇相應的FPGA或CPLD器件。

（4）根據(jù)網(wǎng)的拓撲結構確定條件與事件間的邏輯關系，用硬件描述語言如VHDL對Petri網(wǎng)模型進行描述。

（5）以VHDL描述作為設計輸入，通過EDA軟件開發(fā)工具，如ispDesignEXPERT或Max＋PlusⅡ等，進行編譯、模擬、適配，然后到器件中。

整個硬件實現(xiàn)的流程圖如圖1所示。

3基于Petri網(wǎng)的并行控制器設計舉例

3.1系統(tǒng)描述

有3個盛放液體的罐子：V1、V2、V3，其中V1、V2是用來盛放不同種液體F1、F2的，M是攪拌系統(tǒng)的驅動電機。系統(tǒng)停止時，指示燈Y0亮。當起動按鈕按下時（X0=1），閥Y1、Y2打開，2種不同的液體F1、F2分別注入V1、V2。當V1中的液體到達X1位置時，Y1關閉；當V2中液體到達X3時，閥Y2關閉。當V1、V2中的液體分別都到達X1、X3時，Y3、Y4同時打開；當V1、V2中液體分別都低于X2、X4時，Y3、Y4關閉，同時Y6打開。當V3中液體高于X5時，Y5閉合，電動機M開始攪拌；當V3中液體流出低于X6時，Y6關閉，指示燈亮，重新回到原來狀態(tài)。

3.2系統(tǒng)控制部分的控制解釋Petri網(wǎng)模型

用Petri網(wǎng)對系統(tǒng)控制部分進行描述，得到的控制解釋Petri網(wǎng)模型如圖3所示。模型中輸入輸出信號的描述如表1所示，描述的局部狀態(tài)如表2所示。

3.3模型的VHDL實現(xiàn)

用VHDL實現(xiàn)的部分源代碼如下：

t1=notp2andnotp4andx0andp1；

t2=notp3andx1andp2；

t3=notp5andx3andp4；

t4=notp6andnotp7andp3andp5；

t5=notp8andx5andx6andp6；

t6=notp9andnotx2andnotx4andp7；

t7=notp6andnotx5andp8；

t8=notp1andnotx6andp6andp9；

np1=t8or（p1andnott1）；

np2=t1or（p2andnott2）；

np3=t2or（p3andnott4）；

np4=t1or（p4andnott3）；

np5=t3or（p5andnott4）；

np6=t4ort7or（p6andnott5andnott8）；

np7=t4or（p7andnott6）；

np8=t5or（p8andnott7）；

np9=t6or（p9andnott8）；

3.4基于Max+PlusⅡ的并行控制器仿真

在MAX+PlusⅡ中經編譯后進行功能仿真，仿真波形如圖4所示。波形表明結果是正確的。

4結論

Petri網(wǎng)是并發(fā)系統(tǒng)強有力的建模工具，通過對Pet