基于Petri网与CPLD的嵌入式系统逻辑控制器设计

本文主要探讨了如何将Petri网理论与VHDL语言及CPLD技术应用于嵌入式系统的逻辑控制器设计。Petri网作为一种异步并发系统模型，它能够直观表示非确定性，通过图形化方式描述复杂系统，并借助数学工具进行深入分析，常用于软件系统的建模与仿真。然而，在硬件系统的设计中，Petri网的应用相对较少。 作者创新性地将Petri网与VHDL结合起来，VHDL作为硬件描述语言，以其强大的描述能力，特别适合于硬件系统的建模。文章采用了自顶向下的设计策略，通过条件/事件系统（C/E系统）这一Petri网的子类，对视频输入卡的逻辑控制器进行建模。在这个过程中，着重考虑了控制器中涉及的关键变量，确定了VHDL设计中的实体和端口，以及条件和事件之间的逻辑关系。 通过构建VHDL中的结构体，如使用EDA开发工具MAX+PLUS II进行编码设计和逻辑综合，作者对设计进行了仿真，确保逻辑控制器的功能正确无误。最后，将设计下载到CPLD，实现了整个硬件系统的逻辑控制器功能，包括视频通道切换控制、行标志信息插入、FIFO初始化、写入和读取操作等，这些操作要求在满足并发性和一致性的同时，避免逻辑冲突，确保图像数据的有效接收和后续处理流程的顺利进行。 本文展示了一种有效的方法，即利用Petri网作为硬件系统设计的高级抽象模型，结合VHDL进行低级硬件实现，通过CPLD实际部署，从而优化了嵌入式系统逻辑控制器的设计和验证过程。这种方法对于提高硬件系统的可靠性和效率具有重要意义，也为Petri网在硬件系统建模领域的拓展提供了新的思路。