基于Petri网的CAN总线模型的VHDL实现

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1、基于Petri网的CAN总线模型的VHDL实现胡辉1,2崔瑞雪1韦雪洁1（1.北华航天工业学院电子工程系河北廊坊065000；2.河北工业大学信息学院天津300130）摘要：本文主要介绍了一种基于Petri网的CAN总线模型的VHDL实现过程。其中包括将CAN总线的通信过程进行随机Petri网（DSPN）建模,然后将Petri网与VHDL语言相结合,用VHDL语言来描述CAN节点的DSPN模型,最后通过EDA软件工具成功实现了仿真,从而获得了系统的动态性能等内容。为各种通信协议的研究及电路实现奠定了基础。关键词：Petri网CAN总线VHDLDSPN模型VHDLImplementationof

2、CANFieldbusModelingBasedonPetrinetsHUHuiCUIRui-xueWEIXue-jie(1.ElectronicsEngineeringDepartment,NorthChinaInstituteofAstronauticEngineering,Langfang065000,China；2.CollegeofInformation;HebeiIndustrialUniversity;Tianjin300130;China)Abstract:ThispaperintroducesaprocessforVHDLimplementationofCANfieldbus

3、modelingbasedonPetrinets.whichincludescarryingonthemodeltoDSPN(DeterministicandStochasticPetriNet)ofthecommunicationbehaviorofCANFieldbus,describingDSPNmodelofCANnodebyVHDLLanguage,simulatingwiththeEDAsoftware,thenthedynamicpropertiesofthesystemareobtained.ItisthebasistotheResearchontheCommunication

4、Protocolandcircuitimplementation。Keywords:Petrinets;CANbus;VHDL;DSPNmodel1引言随着深亚微米集成工艺的掌握，异步时序电路在超大规模集成电路方面得到应用，但异步电路设计仍然还没有逾越旧轨。Petri网是异步并发系统，没有人为的控制流，直观地表示了非确定性；且可以图形化的方式描述复杂的系统，并可运用数学工具进行分析。因此，其在软件系统的建模与仿真中得到广泛应用。VHDL语言适用于描述异步并发系统，因此可与Petri网建立的模型联系起来。使用Petri网对系统进行建模、分析和验证，然后直接编译为VHDL代码。CAN总线具有成本低

5、、易开发、实时性好以及抗噪声性能好等优点，传输速率最高为1Mbps，最大传输距离为10km，由于其数据通信可靠，现在已逐步发展成为用于工业部门控制和通信的现场总线。CAN总线是一种面向工业应用的、全分布式的、实时网络控制系统，其理论分析与建模很不成熟，缺乏完整的研究体系。本文对CAN总线的通信过程进行进行DSPN建模，并利用VHDL语言描述了随机Petri网的模型，为现场总线的通信协议的性能分析提供一种新的方法。2CAN总线的DSPN模型目前，国内Petri网的硬件实现研究的较早，但Petri网到VHDL编译器的开发较晚，国外已经进行了较多的研究。瑞典人研究将有色Petri网映射成VHDL。其

6、主要内容是将Petri网图形描述翻译成VHDL代码，方法是将Petri网中的每个结点（库所或变迁）翻译成元件库中预先定义的VHDL组件。葡萄牙和波兰人开发了一个ECAD软件，该软件的主体是一个编译器，使用Cocktail编译工具将Petri网CONPAR格式的文本描述转为RTL级的VHDL代码。在Petri网中引入时间参数，在每个变迁的可实施与实施之间联系一个随机的延迟时间，这种类型的Petri网叫做随机Petri网（stochasticPetrinet，SPN）。随机Petri网为系统的性能模型提供良好的描述手段。随机Petri网大致可分为随机Petri网（SPN）、广义随机Petri网（G

7、SPN）、随机回报网（SRN）和确定与随机Petri网（DSPN）。CAN的CSMA/CA单节点的DSPN模型如图1所示。模型中库所P表示系统的状态，用圆圈表示。变迁T表示系统状态发生的变化，用方框表示。一般用白色矩形表示随机变迁，黑色矩形表示定时变迁，线段表示立即变迁。4设计一个CAN系统时，必须保证CAN协议中媒体访问层非破坏性位仲裁的要求，即出现总线竞争时，具有较高优先权的报文获取总线竞争的