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基于Petri网的嵌入式系统高层级设计方法与技术研究

郭军  
【摘要】: 近年来,蓬勃发展的嵌入式计算技术已经渗透到人类生产生活的每个角落,成为计算机科学的一个重要研究、应用领域。传统的设计方法难以满足当前大规模复杂嵌入式系统设计的要求,研究高抽象级的设计方法是嵌入式系统设计者面临的挑战。本文根据嵌入式系统的特点,结合对现有设计方法的分析比较,提出了一种基于扩展Petri网模型的嵌入式系统高层级设计方法和技术,研究了高层级系统建模方法和系统功能验证技术,探讨了基于该模型的嵌入式系统设计流程和开发模式,通过设计实例,说明了设计方法的可行性和实用性。 本文主要内容简述如下: ●概述了嵌入式系统的发展状况和面临的问题,分析了各种嵌入式系统设计建模方法的特点和不足,指出形式化、可执行模型是当前高层级设计建模研究的主要方向。 ●针对传统Petri网在嵌入式系统建模中存在数据处理能力不强、没有考虑时间因素和没有层次结构的问题,提出了一种面向对象的计时双流Petri网模型(OO-TDPN),给出了模型的形式化定义;通过扩展端口、引入开放网概念,增强了模型的交互能力;与其他类似模型相比,本文模型在数据流描述、层次化建模、主动交互能力方面都有较大提高,适合有时间约束的复杂嵌入式系统建模。 ●研究了嵌入式系统Pelri网模型的分析验证方法。阐述了仿真分析和模型检测方法的基本原理和技术特点,详细讨论了Petri网模型的电路仿真分析方法,提出了一种采用硬件描述语言Verilog HDL描述OO-TDPN模型的技术,通过实例仿真证明了方法的可行性和实用性;与以往的Petri网分析软件相比,该方法适用范围更广,简明实用,仿真工具容易获得,便于向底层设计综合。 ●研究提出了基于OO-TDPN模型的嵌入式系统高抽象级设计流程,依据设计流程,结合应用实例——嵌入式入侵检测系统和电梯控制系统设计,分析评述了设计方法的特性,表明本文方法满足嵌入式系统的设计要求。 最后,概括总结了本文的研究成果,指出有待解决的问题和进一步的研究方向。


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