Parallel program design using high-level Petri nets

Petri nets are proposed as a general-purpose design and modelling tool for parallel programs. The advantages of Petri nets for this purpose are discussed, and a solution to the Dining Philosophers problem is developed using simple Place-Transition nets. The limitations of Place-Transition nets are described, and the Dining Philosophers problem is used to illustrate how Coloured Petri nets can overcome these limitations. A more complex example of a Coloured Petri net is then given, and it is shown how a collection of processes in the Occam programming language can be developed directly from the properties of the net. Another Petri net model of a simple process farm is given, and a solution is developed in Parallel C: this further highlights the suitability of Petri nets as a design tool for parallel programs.     

PETRI网工具——GPNT的设计与实现

Petri网是描述和分析含有并行成分的系统动态特征的重要模型。随着Petri网理论研究的不断深入和在各实际领域的广泛应用,作为支持Petri网本身的设计与分析的计算机辅助工具的研究就显得十分重要。GPNT(Graphic Petri Net Tools)是西北大学计算机科学系研制的一个具有图形功能的Petri网工具软件,用于支持P/T网的设计、动态模拟及特性分析等。本文概要地介绍了该系统的功能并讨论了系统设计与实现中的若干技术问题。     

The Petri Net Kernel An infrastructure for building Petri net tools

The Petri Net Kernel is an infrastructure for building Petri net tools. It relieves the programmer of a Petri net tool from implementing standard operations on Petri nets and a graphical user interface. In this paper, we discuss the motivation, the concepts, and the implementation of the Petri Net Kernel. Published online: 25 July 2001     

基于Petri网的异步电路设计关键技术研究

Petri网是异步并发现象建模的重要工具,以异步处理器为代表的异步电路以其在解决时钟扭曲,低功耗方面的优势受到越来越广泛的关注,异步电路设计的主要问题之一是缺乏成熟的EDA工具支持异步电路的设计风格,采用基于信号转换图(STG)的方法,完成了一个基于握手协议的异步控制部件的Petri网模型建立以及仿真和实现。并进一步给出了一个异步FIFO的设计应用实例。通过标准的时序仿真方法,得到的仿真结果表明上述方法能够很好地完成异步电路的设计而且在综合效率和资源利用上有明显的改进。     

形式化方法和信号解释Petri 网在PLC 编程中的应用

针对传统的PLC 编程方式在解决复杂控制问题时存在的缺陷,采用一种将形式化和信号解释Petri 网(SIPN)应用于PLC 程序设计的方法. 通过一个机器人焊接单元的例子来说明这一设计过程,首先建立系统控制算法的信号解释Petri 网模型,验证其是否满足基本Petri 网的安全性、活性和可逆性的特征,然后利用模型检测工具Cadence SMV 对系统模型进行验证和确认(V&V),检验其是否满足SIPN 的确定性、终止性和输出正确性,从而避免了控制算法的设计过程中可能出现的并发、冲突和死锁等事件,由此设计出具有更高的正确性和可靠度的PLC 程序.     

基于三层混合编程模型的Petri网并行算法研究

为解决多核机群Petri网并行化过程中,运用MPI+OPenMP混合编程实现同步会出现死锁的问题,提出了基于三层混合编程模型的Petri网并行算法。首先,根据事务内存的同步优势,在多核机群环境下构建MPI+OPenMP+STM的三层编程模型;然后,对Petri网的几何模型与代数模型的并行化进行分析,建立MPI+OPenMP+STM三层结构的Petri网并行模型,并对三层混合编程模型的Petri网并行算法进行设计与分析;最后,通过示例进行编程验证,该算法的运行效率明显优于其他编程模式,而且Petri网的规模越大,其并行计算的效果就越明显。因此,该算法是多核机群环境下模拟Petri网并行运行的一种高效且可行的算法。     

Petri网标记语言

Petri网标记语言（PNML）是一种基于XML语言的Petri网文件交换标准,用于实现Petri网工具的互操作性。综合介绍了PNML标准化进程和PNML的核心支撑技术,详细阐述了PNML体系结构各个组成部分及元模型中各个组成对象,借助PNK工具实现一个P／T网模型实例,根据元模型分析对应的PNML文件中的库所、变迁和弧等对象标签的含义,最后分析了PNML在工作流模型与矢量图转换等领域的研究状况,指出了下一步研究方向。     

自控网系统的仿真分析与硬件实现的研究

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。     

Petri网到VHDL的翻译器设计与实现

研究了如何用CONPAR语言对Petri网图形进行描述,来获得Petri网模型对应的等效文本文件;然后设计了由Petri网文本文件到VHDL转换的文法规则及对应的语义动作源文件,并由编译工具YACC自动生成Petri网到VHDL转换的语法分析器;语法分析生成的中间代码是一棵抽象语法树,可以自顶向下遍历此抽象语法树,并按照相应的语义规则,通过比较Petri网文本描述和VHDL代码的差别生成VHDL目标代码;由此实现了Petri网到VHDL的翻译器,为基于Petri网的并行控制器的自动硬件实现提供了一种快速有效的方法。     

并行程序Petri网模型的结构性质

正确性是并行程序的基础,但是由于它的复杂性,其验证要比串行程序困难得多,因此有必要进行建模并研究其性质.从程序的角度出发,在将基于消息传递的并行程序转换为Petri网模型之后,证明了与并行正确的并行程序对应的Petri网模型应当满足的结构性质,包括强连通性、S-不变量、T-不变量、受控死锁性质以及守恒性,并举例说明了这些性质在并行程序验证中的应用.这些性质可用于并行程序的事前验证,而且避免了使用动态性质进行验证时的状态爆炸问题,从而提高并行程序设计和验证效率.同时这些方法具有良好的可推广性.     

基于．Net平台的Petri网建模和分析软件的设计与实现

应用面向对象思想和采用C#语言在．NET可视化编程平台下开发了图形化的Petri网建模软件,该软件作为一个计算机辅助设计和分析工具,使用户可在交互式的计算机图形方式下进行Petri网模型的建立、移动和存储。并可通过运行Petri网生成可达树,可达图来分析Petri网基本特性以及系统性能指标。     

基于Petri网的单向PWM整流电路建模

PWM整流电路是交-直-交变流器的重要电路,是包括连续和离散事件的混杂系统,具有并发、异步等特点。Petri网是描述和分析异步并发现象的一种有效的混杂系统建模工具。本文以Petri网为工具,从一个全新角度,建立单相PWM整流电路的模型,对其电路特性进行了分析。     

WF-net模型到PNML的转换方法研究与实现

Petri网标记语言PNMI是一种基于XM工的支持不同Petri网工具之间文件交换的标准格式,对于解决不同Petri网变种之间的互操作性问题具有重要意义。工作流网WF-net是用于工作流系统建模和定性、定量分析的重要形式化技术之一。工作重点是将WF-net模型转换为PNML格式。首先,在标准PNML元模型的基础上,通过元素扩展提出WF-net的PNML元模型。然后,依据元模型,提出WF-net模型中各元素到PNMI格式的转换规则,包括起始/结束库所转换、四种触发器转换和四种分支/合并结构转换。最后设计并实现了WF-net描述到PNML描述自动转换的工具软件。这些工作为Petri网标准交换格式的制定做了有力的探索。     

Self-adapting recovery nets for policy-driven exception handling in business processes

In this paper, we propose Self-Adapting Recovery Net (SARN), an extended Petri net model, for specifying exceptional behavior in business processes. SARN adapts the structure of the underlying Petri net at run time to handle exceptions while keeping the Petri net design easy. The proposed framework caters for the specification of high-level recovery policies that are incorporated either with a single task or a set of tasks, called a Recovery Region. These recovery policies are generic directives that model exceptions at design time together with a set of primitive operations used at run time to handle the occurrence of exceptions. We identified a set of recovery policies that are useful and commonly needed in many practical situations. A tool has been developed to illustrate the viability of the proposed exception handling technique. B. Medjahed’s work is supported by a grant from the University of Michigan’s OVPR.     

基于Petri网结构的多处理机实时操作系统

多处理机环境下的实时系统具有并发事件驱动性质,其软件结构展现了多重同步点以及生产者与消费者之间的关系,这导致了复杂的控制结构.对于此类系统软件的开发缺少标准的方法和工具,造成了软件低效、程序结构不清晰、开发成本高、维护困难的现象的出现.根据Petri网易于描述并行/并发现象的特点,采用它来解决多处理机软件的描述问题,介绍了一种以Petri网图形方式在多处理机系统环境下进行程序设计的方法.该方法基于两种程序设计级别:任务级和作业级.前者负责描述基本操作,由单一控制线程完成;后者用于并行/并发程序建模,由整个多处理机系统来执行.在作业级程序设计中,用户采用面向对象Petri网来描述并行程序结构,以建立系统模型.该方法以一种接近于程序员的思维方式去设计并发软件,提供了一种可靠的并行结构的程序.阐述了支持此种程序设计方法的操作系统结构及其实现原理.     

Petri网关联矩阵与PNML描述之间的转换

PNML是一种基于XML的Petri网文件交换格式,支持多种Petri网类型,并提供了一种在不同Petri网工具间交换Petri网模型的途径。文中讨论了Petri网的关联矩阵和PNML描述之间的转换,给出了如何使用DOMAPI解析PNML文件及实现转换过程的技术细节。     

序佩特里(Petri)网计算能力分析

本文通过引进序Petri网的概念,定义了序Petri网计算机,最后讨论该机器的计算能力:它可以计算所有的一般递归函数。     

A framework for building mobile single and multi-robot applications

The complexity of robot software systems calls for the use of a well-conceived architecture together with programming tools to support it. One common feature of robot architectures is the modular decomposition of systems into simpler and largely independent components. These components implement primitive actions and report events about their state. The robot programming framework proposed here includes a tool (RoboGraph) to program and coordinate the activity (tasks) of these middleware modules. Project developers use the same task programming IDE (RoboGraph) on two different levels. The first is to program tasks that must be executed autonomously by one robot and the second is to program tasks that can include several robots and building elements.Tasks are described using a Signal Interpreted Petri Net (SIPN) editor and stored in an xml file. A dispatcher loads these files and executes the different Petri nets as needed. A monitor that shows the state of all the running nets is very useful for debugging and tracing purposes. The whole system has been used in several applications: A tour-guide robot (GuideBot), a multi-robot surveillance project (WatchBot) and a hospital food and laundry transportation system based on mobile robots.