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1、(10)申请公布号 CN 103093046 A(43)申请公布日 2013.05.08CN103093046A*CN103093046A*(21)申请号 201310010846.9(22)申请日 2013.01.11G06F 17/50(2006.01)(71)申请人华侨大学地址 362000 福建省泉州市丰泽区城东华侨大学(72)发明人叶丹丹 罗继亮(74)专利代理机构泉州市文华专利代理有限公司 35205代理人车世伟(54) 发明名称一种将FPGA硬件描述语言VHDL转化为普通Petri网的方法(57) 摘要本发明一种将FPGA硬件描述语言VHDL转换为普通Petri网的方法，针对编译。
2、好的VHDL程序，得到输入输出之间的逻辑关系，将输入输出之间的逻辑关系式化简为V2P布尔表达式，将V2P布尔表达式变形，利用变形后的布尔表达式转换为普通Petri网；本发明提供了VHDL程序的建模方法，是FPGA硬件描述语言VHDL的仿真和验证的有力工具。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书5页 附图3页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书5页 附图3页(10)申请公布号 CN 103093046 ACN 103093046 A1/1页21.一种将FPGA硬件描述语言VHDL转为普通Petri网的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：针对编译成。
3、功的VHDL程序，在实体中找到该程序的输入X,输出Y，其中Xm,XnX,Y,YkY，得到关于输入输出的逻辑表达式,称为V2P公式：其中I,J,M,NN+，Yk, Xm,XN代表布尔量或布尔量取反，且步骤2：令V2P公式中的Yk=Lk,Xm,n=Wm,n或Lm，n，其中Lk,Wm，n，Lm，n为布尔量或布尔量的逆，得到一个关于L和W的逻辑关系式（1），为V2P公式的变形：步骤3：将关于L和W的逻辑关系式（1）转化为普通Petri网模型，具体步骤如下：步骤3.1：用集合表示所有的传感器WP和执行机构LQ，传感器Wp|WpWP,p,PN+和执行机构Lq|LqLQ,q,QN+；步骤3.2：对于传感器，。
4、用一对库所来表示它的两种状态，假设初始状态为步骤3.3：首先令p=P；步骤3.4：在之间加上两个变迁，首先构造四条有向弧arc1、arc2、arc3、arc4分别由指向t1，t1指向指向t2，t2指向步骤3.5：p=p-1；步骤3.6：当p0时，转步骤3.4，当p=0时，所有传感器的模型都建立起来了；步骤3.7：对于执行机构，用一对库所表示该执行机构的两种状态假设初始状态为步骤3.8：首先令q=Q；步骤3.9：在之间加入两个变迁，构造四条有向弧arc1、arc2、arc3、arc4分别由指向t1，t1指向指向t2，t2指向步骤3.10：将V2P公式中j的表达式对应到逻辑关系式(1)中，即这部分。
5、中的与t1之间用双向弧连接，其中步骤3.11：将V2P公式中i的表达式对应到逻辑关系式(1)中，即这部分中的Wm,Lm与t2之间用双向弧连接,其中WmWP，LmLQ；步骤3.12：q=q-1,；步骤3.13：当q0时，转步骤3.9，当q=0时，所有的执行机构的模型都建立起来了；步骤3.14：将建立的传感器和执行机构的模型合并起来，得到完整的Petri网模型。权 利 要 求 书CN 103093046 A1/5页3一种将 FPGA 硬件描述语言 VHDL 转化为普通 Petri 网的方法技术领域0001 本发明涉及一种将FPGA硬件描述语言VHDL转为普通Petri网的方法。背景技术0002 F。
6、PGA(FieldProgrammable Gate Array)是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。目前以硬件描述语言（VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速地烧录至FPGA上进行测试。FPGA（现场可编程逻辑器件）产品的主要应用领域有通信、消费电子、汽车电子、工业控制、测试测量等。随着技术要求的日渐提高，控制系统规模和结构复杂性增长日渐迅速。比如铁路交通控制系统，系统的状态个数随传感器和执行机构的数目呈现指数级的。
7、增长，若某一系统有n个传感器和执行机构，则这个系统状态有2n个，状态数非常庞大，所以FGPA面临着高计算复杂性的问题。0003 而高计算复杂性带来很多实际问题，比如：VHDL程序设计和程序调试工作量繁琐和巨大，芯片开发周期和成本不可调控；VHDL程序仿真无法验证每个状态（2n），无法保证程序的正确性和可靠性，而程序出错可能造成严重事故。为了避免上述一些问题的出现，我们需要开发FPGA硬件描述语言VHDL的软件验证方法，利用计算机来完成程序仿真和验证工作，降低程序开发成本，保证程序的正确性和可靠性。因此，需要将VHDL程序模拟为计算机数学模型，即将VHDL程序转换为一种计算机数学模型 -Petr。
8、i网，以Petri网为工具对VHDL程序进行仿真和验证。Petri网是1960年代德国科学家卡尔A佩特里发明的，适合于模拟异步的、并发的动态系统，既有严格的数学表述方式，又有直观的图表达方式。发明内容0004 本发明提供了一种将FPGA硬件描述语言VHDL转化为普通Petri网模型的方法。0005 一种将FPGA硬件描述语言VHDL转为普通Petri网的方法，包括如下步骤：0006 步骤1：针对编译成功的VHDL程序，在实体中找到该程序的输入X,输出Y，其中Xm,XnX,Y,YkY，得到关于输入输出的逻辑表达式,称为V2P公式：其中I,J,M,NN+，Yk, Xm,XN代表布尔量或布尔量取反，。
9、且0007 步骤2：令V2P公式中的Yk=Lk,Xm,n=Wm,n或Lm，n，其中Lk,Wm，n，Lm，n为布尔量或布尔量的逆，得到一个关于L和W的逻辑关系式（1），为V2P公式的变形：0008 步骤3：将关于L和W的逻辑关系式（1）转化为普通Petri网模型，具体步骤如下：说 明 书CN 103093046 A2/5页40009 步骤3.1：用集合表示所有的传感器WP和执行机构LQ，传感器Wp|WpWP,p,PN+和执行机构Lq|LqLQ,q,QN+；0010 步骤3.2：对于传感器，用一对库所来表示它的两种状态，假设初始状态为0011 步骤3.3：首先令p=P；0012 步骤3.4：在之间。
10、加上两个变迁，首先构造四条有向弧arc1、arc2、arc3、arc4分别由指向t1，t1指向指向t2，t2指向0013 步骤3.5：p=p-1；0014 步骤3.6：当p0时，转步骤3.4，当p=0时，所有传感器的模型都建立起来了；0015 步骤3.7：对于执行机构，用一对库所表示该执行机构的两种状态假设初始状态为0016 步骤3.8：首先令q=Q；0017 步骤3.9：在之间加入两个变迁，构造四条有向弧arc1、arc2、arc3、arc4分别由指向t1，t1指向指向t2，t2指向0018 步骤3.10：将V2P公式中j的表达式对应到逻辑关系式(1)中，即这部分中的与t1之间用双向弧连接，。
11、其中0019 步骤3.11：将V2P公式中i的表达式对应到逻辑关系式(1)中，即这部分中的Wm,Lm与t2之间用双向弧连接,其中WmWP，LmLQ；0020 步骤3.12：q=q-1,；0021 步骤3.13：当q0时，转步骤3.9，当q=0时，所有的执行机构的模型都建立起来了；0022 步骤3.14：将建立的传感器和执行机构的模型合并起来，得到完整的Petri网模型。0023 本发明实现了VHDL程序到普通Petri网模型的自动转换，由于普通Petri网激发条件简洁，逻辑思维方式简单，更直观易懂；而且所得Petri网模型能够完全模拟VHDL程序中状态的转换，便于对程序分析、纠错，使程序逻辑更。
12、为严谨。附图说明0024 图1为本发明的工作流程图；0025 图2为本发明实施例一站点的Petri网模型；0026 图3为发明实施例一小车进站出站系统的Petri网模型；0027 图4为本发明实施例二单容水箱示意图；0028 图5为本发明实施例二单容水箱的Petri网模型。0029 以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详述。说 明 书CN 103093046 A3/5页5具体实施方式0030 如图1所示，本发明一种将FPGA硬件描述语言VHDL转为普通Petri网的方法，具体包括如下步骤：0031 步骤1：针对编译成功的VHDL程序，在实体中找到该程序的输入X,输出Y，其中Xm,XnX,Y。
13、,YkY，得到关于输入输出的逻辑表达式,称为V2P公式：其中I,J,M,NN+，Yk, Xm,XN代表布尔量或布尔量取反，且0032 步骤2：令公式中的Yk=Lk,Xm,n=Wm,n或Lm，n，其中Lk,Wm，n，Lm，n为布尔量或布尔量的逆，得到一个关于L和W的逻辑关系式（1），为V2P公式变形：0033 步骤3：将关于L和W的逻辑关系式（1）转化为普通Petri网模型步骤如下：0034 步骤3.1：用集合表示所有的传感器WP和执行机构LQ，传感器Wp|WpWP,p,PN+和执行机构Lq|LqLQ,q,QN+；0035 步骤3.2：对于传感器，用一对库所来表示它的两种状态，假设初始状态为00。
14、36 步骤3.3：首先令p=P；0037 步骤3.4：在之间加上两个变迁，首先构造四条有向弧arc1、arc2、arc3、arc4分别由指向t1，t1指向指向t2，t2指向0038 步骤3.5：p=p-1；0039 步骤3.6：当p0时，转步骤3.4，当p=0时，所有传感器的模型都建立起来了；0040 步骤3.7：对于执行机构，用一对库所表示该执行机构的两种状态假设初始状态为0041 步骤3.8：首先令q=Q；0042 步骤3.9：在之间加入两个变迁，构造四条有向弧arc1、arc2、arc3、arc4分别由指向t1，t1指向指向t2，t2指向0043 步骤3.10：将V2P公式中j的表达式对。
15、应到逻辑关系式(1)中，即这部分中的与t1之间用双向弧连接，其中0044 步骤3.11：将V2P公式中i的表达式对应到逻辑关系式(1)中，即这部分中的Wm,Lm与t2之间用双向弧连接,其中WmWP，LmLQ；0045 步骤3.12：q=q-1,；0046 步骤3.13：当q0时，转步骤3.9，当q=0时，所有的执行机构的模型都建立起来说 明 书CN 103093046 A4/5页6了；0047 步骤3.14：将建立的传感器和执行机构的模型合并起来，得到完整的Petri网模型。0048 以下结合实施例来加深对上述步骤的理解。0049 实施例1：一辆小车从A站点开往B站点，经过A站点时触发A站点传。
16、感器，当小车行驶在A，B站点中间段的时候，不允许其他小车进入A站点，当小车到达B站点，触发B站点传感器，此时允许其他小车进入A站点。0050 步骤1：在已有的VHDL程序里面找到输入输出：X,Y，即输入为a,b；输出为c；0051 步骤2：得到关于a,b,c的逻辑表达式：c=aor(not b)and c)，其中a,b,c为布尔量，用+代替or，用*代替and，用-代替not，得到0052 步骤3：利用布尔量运算规则：化简为V2P公式：0053 步骤4：令L0=c，W1=a，W0=b，则V2P公式变形为：0054 步骤5：用W0表示站点A，W1表示站点B，用一对库所p1,p2，即表示站点A的两。
17、种状态，用一对库所p3,p4即表示站点B的两种状态，在上述的两对库所之间分别加上两个变迁，t0,t1,t2,t3，用八条有向弧arc1-arc8连接库所和变迁，如图2所示：0055 步骤6：用一对库所p5,p6即表示A，B站点之间的路段红绿灯情况，代表绿灯，可通车；代表红灯，不可通车；0056 步骤7：在库所之间加上一对变迁t4,t5，用四条有向弧连接，得到路段绿灯的状态必须变迁t5激发或变迁t4不激发，利用V2P公式变形的形式，对变迁t4，利用公式，在t5与之间用双向弧连接，对变迁t5，利用公式，在t4与之间用双向弧连接，如图3所示；0057 步骤8：得到图3的Petri网模型后，利用其性质。
18、进行验证：0058 步骤8.1：小车进入A站点，传感器有信号，t1激发，B站点无信号，t2激发，则p1中有标识，p4中有标识，变迁t4激发，路段处于红灯状态，不能允许下一辆小车进入A站点；0059 步骤8.2：小车离开A站点，传感器无信号，变迁t0激发，标识回到p2库所；0060 步骤8.3：小车在路段之间行驶时间内，路段始终处于红灯状态，即标识处于p6库所内，0061 步骤8.4：小车到达B站点时，B站点传感器有信号，变迁t3激发，标识从p4内转移到p3内，此时t5变迁激发，标识从p6中转移到p5中，路段处于绿灯状态，表示下一辆小车说 明 书CN 103093046 A5/5页7可以进入A站。
19、点，与实际要求相符合，完成验证。0062 实施例2：单容水箱，传感器S，进水阀A，出水阀B，当水位到达S时，进水阀A关闭，出水阀B打开，当水位未到达S时，进水阀A打开，出水阀B关闭，如图4所示。0063 步骤1：在已有的VHDL程序里面找到输入输出X，Y，这个系统里面有两个输出c1，c2，输入为a；0064 步骤2：得到关于c1,c2,a的逻辑表达式：c1=not a，c2=a，用-代表not，表达式变为：c2=a；0065 步骤3：利用布尔量运算规则：化简为V2P公式：0066 步骤4：令L1=c1,L2=c2,W=a，则V2P公式变形为：0067 步骤5：用W表示传感器S，用一对库所p1,。
20、p2，即(WW,IW)表示传感器的两种状态，有信号和无信号状态，在这对库所之间加上两个变迁t1，t2，用四条有向弧连接库所和变迁；0068 步骤6：用一对库所p3,p4表示进水阀A的两种状态，即表示进水阀打开，表示进水阀关闭；0069 步骤7：在之间加上变迁t3，t4，用四条有向弧连接库所和变迁，得到进水阀打开的状态，则变迁t3激发或变迁t4不能激发，利用V2P公式的变形公式在变迁t3与IW之间加上双向弧，在变迁t4与WW之间加上双向弧；0070 步骤8：用一对库所p5,p6表示出水阀B的两种状态，即表示出水阀打开，表示出水阀关闭；0071 步骤9：在之间加上变迁t5，t6，用四条有向弧连接库。
21、所和变迁，得到进水阀打开的状态，则变迁t5激发或t6不能激发，利用V2P公式的变形公式在变迁t5与WW之间加上双向弧，在变迁t6与IW之间加上双向弧，如图5所示；0072 步骤10：得到图5的Petri网模型后，利用其性质进行验证：0073 步骤10.1：当库所p1有标识，即传感器有信号，水位上升到S点时，t4,t5激发，进水阀A关闭，出水阀B打开；0074 步骤10.2：当变迁t2激发，水位为上升到S点时，p2有标识，则t3,t6激发，进水阀A打开，出水阀B关闭，与实际要求相吻合，验证完毕。0075 以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。说 明 书CN 103093046 A1/3页8图1图2说 明 书 附 图CN 103093046 A2/3页9图3图4说 明 书 附 图CN 103093046 A3/3页10图5说 明 书 附 图CN 103093046 A10。