[发明专利]一种将FPGA硬件描述语言VHDL转化为普通Petri网的方法

说明书

技术领域

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

FPGA(Field－Programmable 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。

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—-Petri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

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。

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：

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X_m,X_n∈X,Y,Y_k∈Y，得到关于输入输出的逻辑表达式,称为V2P公式：其中I,J,M,N∈{N⁺}，Y_k,X_m,X_N代表布尔量或布尔量取反，且

步骤2：令V2P公式中的Y_k=L_k,X_m,n=W_m,n或L_m，n，其中L_k,W_m，n，L_m，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W_P和执行机构L_Q，传感器{W_p|W_p∈W_P,p,P∈N⁺}和执行机构{L_q|L_q∈L_Q,q,Q∈N⁺}；

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

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p≠0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