[发明专利]FPGA加速的有色Petri网仿真方法及Verilog HDL代码生成工具

说明书

本发明公开了一种FPGA加速的有色Petri网仿真方法及Verilog HDL代码生成工具，针对基于通用计算机系统的软件相较于基于FPGA的硬件系统仿真速度较慢，且难以描述Petri网的并发结构；而人工使用Verilog进行有色Petri网的描述会随有色Petri网规模的增加而难以实现的问题，本发明提供了一套标准的FPGA加速的有色Petri网Verilog HDL代码生成工具，仅需要编写Petri网描述文档，通过结构体循环方式自动生成代码，避免了人工编写的困难，将生成的Verilog描述文件经过综合、布局布线生成FPGA配置文件后，能够借助FPGA加速提高仿真的速度。

技术领域

本发明涉及有色Petri网的FPGA加速仿真实现方法及其Verilog HDL代码的自动生成，属于计算机技术领域。

背景技术

Petri网是一种适合于对并发、异步、分布式系统进行分析的理论。由于Petri网的结构简单，便于用图形进行直观表达，提供了一种以图形和数学为基础的形式化建模方法。随着计算机技术的发展，待解决问题复杂性的提高，为了满足不同实际问题的需要，Petri网建模理论从简单Petri网开始逐渐发展出了有色Petri网等高级Petri网，这又进一步拓宽了Petri网的应用范围。有色Petri网目前已成功用于对软件系统建模与分析、对通信协议的建模与分析等领域。为了仿真有色petri网，研究学者设计开发了许多仿真软件，其中比较著名的是CPN tools；但基于通用计算机系统的软件相较于基于FPGA的硬件系统仿真速度较慢，且难以描述Petri网的并发结构；而人工使用Verilog进行有色Petri网的描述会随有色Petri网规模的增加而难以实现。因此研究有色Petri网的FPGA加速的仿真实现方法及Verilog HDL代码生成工具是有必要的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种FPGA加速的有色Petri网仿真方法及Verilog HDL代码生成工具；

其中，所述的FPGA加速的有色Petri网仿真方法，该方法主要步骤包括：

一、有色Petri网参数的分析；二、有色Petri网描述文档的编写；三、生成有色Petri网的Verilog HDL设计文件；四、将生成的Verilog描述文件经过综合、布局布线生成FPGA配置文件后，通过下载器将其配置到FPGA中进行仿真。

一、有色Petri网参数的分析，包括以下步骤：

(1)确定库所与变迁的个数；

(2)确定每个库所包含的不同的token的颜色的个数；

(3)确定每个变迁的发生颜色的个数；

(4)确定库所与变迁之间的流关系，并用库所的全局关联矩阵表示；

(5)确定库所对token的容限；

(6)确定每个库所中token的初始数量，即确定有色Petri网的初状态。

其中，所述的库所的全局关联矩阵是为了描述有色Petri网的流关系而定义的，分为“库所的前向全局关联矩阵”与“库所的后向全局关联矩阵”两类，有色Petri网中每个库所都对应有一个前向矩阵和一个后向矩阵。Petri网中前向与后向表示的是流关系的方向，前向指流关系从库所指向变迁，后向值流关系从变迁指向库所。本发明中定义的矩阵不是数学意义上的矩阵，而更类似于有一定行数列数的表格，每个矩阵的“单元格”中存放的是一组具有特殊含义的文本。“库所的全局关联矩阵”中每一项对应变迁的一种发生颜色；其由基本元素构成，每个基本元素对应库所中的一种token，基本元素为字符串“颜色标识符：权值”，颜色标识符是流关系对应库所token的颜色，权值表示此流关系发生时对相应颜色token数量的影响；每一项的不同基本元素之间用符号“+”相连；如果矩阵中某项对应的变迁的发生颜色与该库所之间没有流关系，直接用字符串“0:0”表示。