通信网络-自控网系统的仿真分析与硬件实现的研究

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1、自控网系统的仿真分析与硬件实现的研究陆继远唐平赵不贿(江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013)[摘要]自控网系统是Petri网的一个子类，与P/T系统相比，有更强的描述能力和更复杂的性质。由于它的非线性关系，无法直接套用其它网系统的分析技术，影响了对它的研究。文章提出了用硬件描述语言对自控网系统进行描述，通过EDA工具进行仿真分析，揭示系统的性质。文章针对计算Fibonacci数列的自控网系统模型，详细介绍了这一方法，给出了ABEL语言源代码和仿真波形，源代码经编译、优化、适配并下载到在系统可编程逻辑器件中，得到了计算Fibonacci

2、数列的专用芯片，这为自控网系统的分析和应用研究开辟了新的途径。[关键词]Petri网；离散事件系统；电子设计自动化；硬件描述语言；在系统可编程器件中图分类号：TP306文献标识码：A自控网系统(cybernetsystem)又称自修正系统(self-modifyingsystem)，简称自控系统。它是Petri网中的一类，与P/T系统区别仅仅在于有向弧的权受库所控制，它的关联矩阵含变量元素，而P/T系统的关联矩阵是常量，因此，P/T系统是线性的，而自控系统是非线性的，P/T系统只是自控网系统的一种特殊情况。虽然自控系统在上世纪70年代初就已被提

3、出，但由于自控系统的非线性关系，无法直接套用其它网系统的分析技术，对自控系统的研究成果并不多。而正由于自控系统的非线性关系，它有更强的描述能力和更复杂的性质。因此，对自控系统的研究具有重要意义。北京大学袁崇义教授对自控系统进行了深入的研究[1,2]，提出了自控系统的S-不变量和T-不变量的定义及其计算。本文采用EDA工具，用在系统可编程逻辑器件来实现自控系统，并通过仿真对自控系统进行分析。其目的是扩大自控系统的应用范围，激起人们对自控系统研究的兴趣。[2]1．自控系统简介定义1Σ=(S，T；F，W，M0)为自控系统的条件是：(1)(S，T；F)

4、为有向网，称为Σ的基网。(2)W：S×T∪T×S→{0，1,2，…}∪S，且W(x，y)≠0当且仅当W(x，y)∈F，称为Σ的权函数。(3)M0：S→{0，1,2，…}为Σ的标识。自控系统与P/T系统区别在于权函数W的值域中增加了S。定义中假定了每个S_元的容量是无限的，但在硬件实现时，由于存储器的位数有限，S_元的容量都是有限的，但这不影响对问题的研究。定义2(1)映射M：S→{0，1,2，…}称为Σ的标识。(2)标识M下的权函数WM定义为：∀(x，y)∈S×T∪T×S，基金项目:原机械工业部教育司科技基金资助项目(97250834)，江苏大

5、学青年基金资助项目(JDQ03014)作者简介:陆继远(1978－)，男，江苏镇江人，硕士，助教，主要研究领域为Petri网理论与应用，计算机应用；·(3)变迁t∈T在标识M有发生权(即M[t>)的条件是：∀s∈S：M(s)≥WM(s,t)且有s∈t使WM(s,t)>0，即t至少有一个非0的输入权。(4)若M[t>，则t可以发生，后继标识M’由下式给出：M’=M(s)+WM(t,s)-WM(s,t)后继关系记做M[t>M’。定义2给出了自控系统的变迁规则。显然，变迁发生方式对最终标识的影响很大。P/T系统中“并发能到达的标识，顺序也能到达”，而

6、这在自控系统中不成立。自控系统的动态演变是以T上的多重集的并发一步一步演变。文[3]给出了Fibonacci数列的增广Petri网模型，用了19个库所，18个变迁和大量的抑[2]制弧。图1是计算Fibonacci数列的自控网系统，十分简洁，充分反映了自控网系统的建模能力。图1中，s5、s6中的托肯数M(s5)、M(s6)代表Fibonacci数列中数的位置，相应的Fibonacci数由s3、s4中的托肯数表示。图示情况下可以看出，数列的第1个数的值为0，第2个数的值为1。s2和s4确保t1和t2顺序发生。图1自控网系统由图可知，变迁t2有发生权

7、，t2发生后，t1有发生权。设t2、t1发生后的标识分别为M1和M2，根据自控系统的变迁规则计算如下：式中运算符号为替换加，即将向量中的变量先进行替换后再相加。2．自控网系统的仿真分析与硬件实现在系统可编程逻辑器件由于结构不同可分为CPLD和FPGA两种，芯片内部有几千至几千万个标准门，人们通过EDA软件工具，采用硬件描述语言对系统的行为或逻辑功能进行描述，经编译、仿真、优化、适配并通过电缆下载到芯片中，从而获得满足功能要求的芯片。在系统可编程器件的特点是不要专门的编程器；器件可先焊接在电路板上，然后再对它进行编程，不满足要求还可重新编程；设计

8、可以在各种层次上进行，可采用自下而上或自上[4]而下的设计方法，受到电子工程师的欢迎，并可在一块芯片上构造一个复杂的数字系统。下面以图1中s2和s3为