13、硬件语言中并发系统的建模

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分类专栏： FPGA中并发控制系统的原型设计与实现文章标签：并发系统硬件描述语言 Verilog

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硬件语言中并发系统的建模

在硬件设计领域，并发系统的建模是一个关键的课题，它涉及到如何准确描述系统中多个任务同时执行的情况。本文将深入探讨在硬件描述语言中对并发系统进行建模的方法，特别是基于解释 Petri 网的建模技术，并结合 Verilog 语言给出具体示例。

1. 传统建模方法

在传统的硬件描述语言中，解释 Petri 网是描述并发系统的有效工具。下面我们将详细介绍其建模过程，包括并发和冲突的描述。

1.1 并发系统的基本描述

在解释 Petri 网中，输出与位置（places）相关联，通常使用连续赋值语句来描述。例如，对于一个包含多个位置和输出的系统，其输出可以简单地表示为：

assign y1 = p1;
assign y2 = p2;
assign y3 = p3;
assign y4 = p3;
assign y5 = p4;

最终，整个网的描述会将上述代码组合起来，形成一个完整的模块：

module net_concurrency (y1 ,y2 ,y3 ,y4 ,y5 ,x1 ,x2 ,clk , reset );
    output y1 ,y2 ,y3 ,y4 ,y5;
    input x1 ,x2;
    input clk , reset;
    wire t1 ,t2 ,t3;
    reg p1 ,p2 ,p3 ,p4;

    assign t1 = x1 & p1 & p3;
    assign t2 = ∼x1 & p2;
    assign t3 = x2 & p4;

    always@ ( posedge clk or posedge reset )
    begin
        if ( reset )
            {p1 ,p2 ,p3 ,p4 } <= 4'b1010;
        else
        begin
            p1 <= p1 & ∼t1 | t2;
            p2 <= p2 & ∼t2 | t1;
            p3 <= p3 & ∼t1 | t3;
            p4 <= p4 & ∼t3 | t1;
        end
    end

    assign y1 = p1;
    assign y2 = p2;
    assign y3 = p3;
    assign y4 = p3;
    assign y5 = p4;
endmodule

这个模块描述了一个具有并发特性的系统，其中 t1 、 t2 和 t3 是转换（transitions）， p1 到 p4 是位置， x1 和 x2 是输入信号， y1 到 y5 是输出信号。

1.2 冲突的描述

冲突是解释 Petri 网中需要解决的一个重要问题。在原型设计阶段，必须解决所有冲突，才能将网分类为解释 Petri 网。考虑一个包含三个位置和四个转换的解释 Petri 网，其转换的使能和触发由三个输入信号 x1 、 x2 和 x3 决定。
在初始标记时， t1 或 t2 被使能，且它们的使能是互斥的，由输入信号 x1 解决冲突。当 x1 = 1 时， t1 被使能；当 x1 = 0 时， t2 被使能。其余两个转换 t3 和 t4 由其输入位置和条件的逻辑与形成。

assign t1 = x1 & p1;
assign t2 = ∼x1 & p1;
assign t3 = x2 & p2;
assign t4 = x3 & p3;

对于位置的更新，当有多个转换的输出指向同一个位置时，使用逻辑或来描述该位置的更新方程。例如，位置 p1 有两个输入弧，当 t3 或 t4 触发时， p1 被标记。

p1 <= p1 & ∼t1 & ∼t2 | t3 | t4;
p2 <= p2 & ∼t3 | t1;
p3 <= p3 & ∼t4 | t2;

最终，整个网的描述如下：

module net_conflicts (y1 ,y2 ,y3 ,x1 ,x2 ,x3 ,clk , reset );
    output y1 ,y2 ,y3;
    input x1 ,x2 ,x3;
    input clk , reset;
    wire t1 ,t2 ,t3 ,t4;
    reg p1 ,p2 ,p3;

    assign t1 = x1 & p1;
    assign t2 = ∼x1 & p1;
    assign t3 = x2 & p2;
    assign t4 = x3 & p3;

    always@ ( posedge clk or posedge reset )
    begin
        if ( reset )
            {p1 ,p2 ,p3 } <= 3'b100;
        else
        begin
            p1 <= p1 & ∼t1 & ∼t2 | t3 | t4;
            p2 <= p2 & ∼t3 | t1;
            p3 <= p3 & ∼t4 | t2;
        end
    end

    assign y1 = p1;
    assign y2 = p2;
    assign y3 = p3;
endmodule

1.3 示例

通过前面介绍的技术，可以描述包含并发和冲突解决的解释 Petri 网。下面我们将展示几个使用 Verilog 语言描述解释 Petri 网的示例。

智能家居系统 ：智能家居系统由解释 Petri 网 PN7 描述，该网存在并发但无冲突。其 Verilog 代码如下：

module home_system (y,x,clk , reset );
    output [1:7] y;
    input [1:8] x;
    input clk , reset;
    reg [1:14] p;
    wire [1:10] t;

    assign t [1]= x [1]& p [1];
    assign t [2]= x [2]& p [2];
    assign t [3]= x [4]& p [3];
    assign t [4]= p [4]& p [5];
    assign t [5]= x [6]& p [6];
    assign t [6]= x [8]& p [7]& p [8];
    assign t [7]= x [3]& p [9];
    assign t [8]= x [5]& p [10];
    assign t [9]= x [7]& p [11];
    assign t [10]= p [12]& p [13]& p [14];

    always@ ( posedge clk or posedge reset )
    begin
        if ( reset )
            p <= 14'b10000000000000;
        else
        begin
            p[1] <= p [1]&∼t [1]| t [10];
            p[2] <= p [2]&∼t [2]| t [1];
            p[3] <= p [3]&∼t [3]| t [1];
            p[4] <= p [4]&∼t [4]| t [2];
            p[5] <= p [5]&∼t [4]| t [3];
            p[6] <= p [6]&∼t [5]| t [4];
            p[7] <= p [7]&∼t [6]| t [5];
            p[8] <= p [8]&∼t [6]| t [1];
            p[9] <= p [9]&∼t [7]| t [6];
            p [10] <= p [10]&∼t [8]| t [6];
            p [11] <= p [11]&∼t [9]| t [6];
            p [12] <= p [12]&∼t [10]| t [7];
            p [13] <= p [13]&∼t [10]| t [8];
            p [14] <= p [14]&∼t [10]| t [9];
        end
    end

    assign y [1]= p [8];
    assign y [2]= p [2];
    assign y [3]= p [9];
    assign y [4]= p [3];
    assign y [5]= p [10];
    assign y [6]= p [6];
    assign y [7]= p [11];
endmodule

由于网中有 14 个位置和 10 个转换，它们分别被分组并声明为向量 p 和 t 。同样，网的输入和输出也被定义为向量 y 和 x 。

简化交通灯系统 ：简化交通灯系统的控制器由解释 Petri 网 PN3 描述。其 Verilog 模型如下：

module traffic_lights_simple (GC ,YC ,RC ,GP ,RP ,req ,clk , reset );
    output GC ,YC ,RC ,GP ,RP;
    input req;
    input clk , reset;
    reg [1:6] p;
    wire [1:5] t;

    assign t [1]= p [1]& p [4]&∼req;
    assign t [2]= p [2]& req;
    assign t [3]= p [3];
    assign t [4]= p [1]& p [6]& req;
    assign t [5]= p [5];

    always@ ( posedge clk, posedge reset )
    begin
        if ( reset )
            p <= 6'b100101;
        else
        begin
            p[1] <= p [1]&∼t [1]&∼t [4]| t [3]| t [5];
            p[2] <= p [2]&∼t [2]| t [1];
            p[3] <= p [3]&∼t [3]| t [2];
            p[4] <= p [4]&∼t [1]| t [3];
            p[5] <= p [5]&∼t [5]| t [4];
            p[6] <= p [6]&∼t [4]| t [5];
        end
    end

    assign GC = p [2];
    assign YC = p [3];
    assign RC = p [4];
    assign GP = p [5];
    assign RP = p [6];
endmodule

位置和转换被声明为向量，但输入和输出信号由于其唯一的名称未被分组为向量。输入信号 req 解决了网中的冲突。

铣床系统 ：铣床系统由解释 Petri 网 PN2 描述。其 Verilog 模型如下：

module milling_net (y,x,clk , reset );
    output [1:14] y;
    input [1:14] x;
    input clk , reset;
    reg [1:21] p;
    wire [1:17] t;

    assign t [1]= x [14]& p [1];
    assign t [2]= x [1]& p [2];
    assign t [3]= x [2]& p [3];
    assign t [4]= p [3]& p [5];
    assign t [5]= x [3]& p [7];
    assign t [6]= x [5]& p [9];
    assign t [7]= x [6]& p [10];
    assign t [8]= x [7]& p [11];
    assign t [9]= x [8]& p [12];
    assign t [11]= x [9]& p [14];
    assign t [12]= x [10]& p [15];
    assign t [13]= x [11]& p [17];
    assign t [14]= x [12]& p [18];
    assign t [15]= p [6]& p [13]& p [16]& p [19];
    assign t [16]= x [13]& p [20];
    assign t [17]=∼x [14]& p [21];

    always@ ( posedge clk or posedge reset )
    begin
        if ( reset )
            p <= 14'b10000000000000;
        else
        begin
            p[1] <= p [1]&∼t [1]| t [17];
            p[2] <= p [2]&∼t [2]| t [1];
            p[3] <= p [3]&∼t [4]| t [2];
            p[4] <= p [4]&∼t [3]| t [1];
            p[5] <= p [5]&∼t [4]| t [3];
            p[6] <= p [6]&∼t [15]| t [4];
            p[7] <= p [7]&∼t [5]| t [4];
            p[8] <= p [8]&∼t [6]| t [5];
            p[9] <= p [9]&∼t [7]| t [6];
            p [10] <= p [10]&∼t [8]| t [7];
            p [11] <= p [11]&∼t [9]| t [8];
            p [12] <= p [12]&∼t [10]| t [9];
            p [13] <= p [13]&∼t [15]| t [10];
            p [14] <= p [14]&∼t [11]| t [4];
            p [15] <= p [15]&∼t [12]| t [11];
            p [16] <= p [16]&∼t [15]| t [12];
            p [17] <= p [17]&∼t [13]| t [4];
            p [18] <= p [18]&∼t [14]| t [13];
            p [19] <= p [19]&∼t [15]| t [14];
            p [20] <= p [20]&∼t [16]| t [15];
            p [21] <= p [21]&∼t [17]| t [16];
        end
    end

    assign y = {p[2] ,p[4] ,p [6:12] , p[14] ,p[15] ,p[17] ,p [18] ,p [20]};
endmodule

输入和输出信号以及代表位置和转换的内部信号都被分组为向量。输出信号的赋值被连接起来。

2. 作为顺序自动机组合的建模方法

另一种建模并发系统的方法是将其视为顺序自动机的组合。这种方法假设初始控制器已经使用分解方法拆分为顺序模块，并且根据相关技术确保了所获得组件的正确同步。

2.1 Verilog 中有限状态机（FSM）的描述

我们从 Verilog 中 Moore 型 FSM 的基本描述开始。以一个同步可逆计数器为例，其两个输出 y2 和 y1 表示计数器的当前二进制值，输入 x 指定计数方向（正向 x = 1 或反向 x = 0 ）。

计数器至少需要两个寄存器来编码四个内部状态，这里使用格雷码。同时，使用带有异步复位的 D 触发器（来自 Xilinx 原语，记为 FDC）。根据典型的 Moore FSM 原型设计方法，得到触发器的激励函数方程：
- (d1 = q2 \oplus x)
- (d2 = q1 \otimes x)
其中，(d1) 和 (d2) 表示寄存器输入，(q1) 和 (q2) 表示其输出，(\oplus) 表示逻辑异或（xor），(\otimes) 表示其逻辑非（xnor）。

输出方程如下：
- (y1 = q2 \oplus q1)
- (y2 = q2)

下面是该计数器的结构描述 Verilog 代码：

module counter_structural (y1 ,y2 ,x,clk , reset );
    output y1 ,y2;
    input x;
    input clk , reset;
    wire d1 ,d2;
    wire q1 ,q2;

    assign d1 = x ^ q1;
    assign d2 = x ^ ∼q2;

    FDC fd1 (q1 ,clk ,reset ,d1);
    FDC fd2 (q2 ,clk ,reset ,d2);

    assign y1 = q1 ^ q2;
    assign y2 = q2;
endmodule

两个触发器被描述为 Xilinx 库中 FDC 原语的实例化。寄存器输入和输出的方程通过连续赋值实现。

另一种实现方式是使用行为语句。以下是计数器的行为描述 Verilog 代码：

module counter (y1 ,y2 ,x,clk , reset );
    output y1 ,y2;
    input x;
    input clk , reset;
    reg [1:0] state , next;
    parameter a0 = 2'b00 , a1 = 2'b01 , a2 = 2'b11 , a3 = 2'b10;

    always @( posedge clk or posedge reset )
        if ( reset )
            state <= a0;
        else
            state <= next;

    always @( state or x)
        case ( state )
            a0: next <= (x)? a1 : a3;
            a1: next <= (x)? a2 : a0;
            a2: next <= (x)? a3 : a1;
            a3: next <= (x)? a0 : a2;
            default: next <= a0;
        endcase

    assign y1 = ( state == a1 || state == a3)? 1'b1 : 1'b0;
    assign y2 = ( state == a2 || state == a3)? 1'b1 : 1'b0;
endmodule

FSM 的行为描述包括三个主要块，其中两个是过程块，另一个是连续块。第一个过程块在时钟和复位信号的上升沿触发，用于清零系统（如果复位信号有效）或将自动机的当前状态切换到下一个状态。第二个 always 块根据输入信号和当前状态进行下一个状态的赋值。最后，连续赋值执行输出方程。

需要注意的是，在上述示例中，自动机的特定状态使用格雷码进行编码。并且，结构和行为两种 FSM 描述都是完全可综合的，可以成功用于并发控制系统的原型设计流程。在后续示例中，我们将使用 FSM 的行为描述。

2.2 示例

下面展示几个将并发控制系统描述为顺序自动机组合的示例。

智能家居系统 ：智能家居系统分解后包含三个 FSM。以下是第一个状态机组件的 Verilog 代码：

module S1 (y1 ,y7 ,z1 ,z4 ,z6 ,x1 ,x7 ,x8 ,z5 ,z7 ,z8 ,clk , reset );
    output y1 ,y7 ,z1 ,z4 ,z6;
    input x1 ,x7 ,x8 ,z5 ,z7 ,z8 ,clk , reset;
    reg [1:0] state = 0, next = 0;
    parameter p1 = 2'b00 , p8 = 2'b01 , p11 = 2'b11 , p14 = 2'b10;

    always@ ( posedge clk or posedge reset )
        if ( reset )
            state <= p1;
        else
            state <= next;

    always@ ( state or x1 or x7 or x8 or z5 or z7 or z8 )
        case ( state )
            p1: next <= (x1)? p8 : p1;
            p8: next <= (x8 && z5)? p11 : p8;
            p11: next <= (x7)? p14 : p11;
            p14: next <= (z7 && z8)? p1 : p14;
            default: next <= p1;
        endcase

    assign z1 = ( state == p1)? 1'b1 : 1'b0;
    assign y1 = ( state == p8)? 1'b1 : 1'b0;
    assign z4 = ( state == p8)? 1'b1 : 1'b0;
    assign y7 = ( state == p11)? 1'b1 : 1'b0;
    assign z6 = ( state == p14)? 1'b1 : 1'b0;
endmodule

这里有六个额外的同步信号（三个输出 z1 、 z4 、 z6 和三个输入 z5 、 z7 、 z8 ），用于与其他两个组件进行正确通信。自动机的内部状态使用格雷码编码，其标签直接引用分解后 Petri 网中的位置，初始状态记为 p1 。

另外两个组件的 Verilog 描述如下：

module S2 (y4 ,y5 ,y6 ,z2 ,z5 ,z7 ,x1 ,x4 ,x5 ,x6 ,x8 ,z1 ,z3 ,z4 ,z6 , z8 ,clk , reset );
    output y4 ,y5 ,y6 ,z2 ,z5 ,z7;
    input x1 ,x4 ,x5 ,x6 ,x8 ,z1 ,z3 ,z4 ,z6 ,z8 ,clk , reset;
    reg [2:0] state = 0, next = 0;
    parameter NOP1 = 3'b000 , p3 = 3'b001 , p5 = 3'b011 , p6 = 3'b010 , p7 = 3'b110 , p10 = 3'b111 , p13 = 3'b101;

    always@ ( posedge clk or posedge reset )
        if ( reset )
            state <= NOP1;
        else
            state <= next;

    always@ ( state or x1 or x4 or x5 or x6 or x8 or z1 or z3 or z4 or z6 or z8)
        case ( state )
            NOP1: next <= ( x1&z1)? p3 : NOP1;
            p3: next <= ( x4)? p5 : p3;
            p5: next <= ( z3)? p6 : p5;
            p6: next <= ( x6)? p7 : p6;
            p7: next <= ( x8 && z4)? p10 : p7;
            p10: next <= ( x5)? p13 : p10;
            p13: next <= ( z6 && z8)? NOP1 : p13;
            default: next <= NOP1;
        endcase

    assign y4 = ( state == p3)? 1'b1 : 1'b0;
    assign z2 = ( state == p5)? 1'b1 : 1'b0;
    assign y6 = ( state == p6)? 1'b1 : 1'b0;
    assign z5 = ( state == p7)? 1'b1 : 1'b0;
    assign y5 = ( state == p10)? 1'b1 : 1'b0;
    assign z7 = ( state == p13)? 1'b1 : 1'b0;
endmodule

module S3 (y2 ,y3 ,z3 ,z8 ,x1 ,x2 ,x3 ,x8 ,z1 ,z2 ,z4 ,z5 ,z6 ,z7 , clk , reset );
    output y2 ,y3 ,z3 ,z8;
    input x1 ,x2 ,x3 ,x8 ,z1 ,z2 ,z4 ,z5 ,z6 ,z7 ,clk , reset;
    reg [2:0] state = 0, next = 0;
    parameter NOP2 = 3'b000 , p2 = 3'b001 , p4 = 3'b011 , NOP3 = 3'b010 , p9 = 3'b110 , p12 = 3'b100;

    always@ ( posedge clk or posedge reset )
        if ( reset )
            state <= NOP2;
        else
            state <= next;

    always@ ( state or x1 or x2 or x3 or x8 or z1 or z2 or z4 or z5 or z6 or z7)
        case ( state )
            NOP2: next <= ( x1&z1)? p2 : NOP2;
            p2: next <= ( x2)? p4 : p2;
            p4: next <= ( z2)? NOP3 : p4;
            NOP3: next <= ( x8&z4&z5)? p9 : NOP3;
            p9: next <= ( x3)? p12 : p9;
            p12: next <= ( z6 && z7)? NOP2 : p12;
            default: next <= NOP2;
        endcase

    assign y2 = ( state == p2)? 1'b1 : 1'b0;
    assign z3 = ( state == p4)? 1'b1 : 1'b0;
    assign y3 = ( state == p9)? 1'b1 : 1'b0;
    assign z8 = ( state == p12)? 1'b1 : 1'b0;
endmodule

最后，需要准备分解系统的主模块（通常称为顶层模块），该模块包含所有三个组件的实例化：

module home_system_decomposed (y,x,clk , reset );
    output [1:7] y;
    input [1:8] x;
    input clk , reset;
    wire z [1:8];

    S1 SMC1 (y[1] ,y[7] ,z[1] ,z[4] ,z[6] ,x[1] ,x[7] ,x[8] ,z [5] ,z[7] , z[8] , clk , reset );
    S2 SMC2 (y[4] ,y[5] ,y[6] ,z[2] ,z[5] ,z[7] ,x[1] ,x[4] ,x [5] ,x[6] , x[8] ,z[1] ,z[3] ,z[4] ,z[6] ,z[8] , clk , reset );
    S3 SMC3 (y[2] ,y[3] ,z[3] ,z[8] ,x[1] ,x[2] ,x[3] ,x[8] ,z [1] ,z[2] , z[4] ,z[5] ,z[6] ,z[7] , clk , reset );
endmodule

简化交通灯系统 ：简化交通灯系统分解后包含三个组件和五个同步信号。以下是分解后交通灯系统各组件的 Verilog 代码：

module S1 (GC ,YC ,RC ,z1 ,z3 ,req ,z2 ,clk , reset );
    output GC ,YC ,RC ,z1 ,z3;
    input req ,z2 ,clk , reset;
    reg [1:0] state = 0, next = 0;
    parameter p4 = 2'b00 , p2 = 2'b01 , p3 = 2'b11;

    always@ ( posedge clk or posedge reset )
        if ( reset )
            state <= p4;
        else
            state <= next;

    always@ ( state or req or z2)
        case ( state )
            p4: next <= ( ! req && z2)? p2 : p4;
            p2: next <= ( req)? p3 : p2;
            p3: next <= p4;
            default: next <= p4;
        endcase

    assign {RC ,z1 } = ( state == p4)? 2'b11 : 2'b00;
    assign GC = ( state == p2)? 1'b1 : 1'b0;
    assign {YC ,z3 } = ( state == p3)? 2'b11 : 2'b00;
endmodule

module S2 (GP ,z2 ,z5 ,req ,z1 ,z3 ,z4 ,clk , reset );
    output GP ,z2 ,z5;
    input req ,z1 ,z3 ,z4 ,clk , reset;
    reg [1:0] state = 0, next = 0;
    parameter p1 = 2'b00 , NOP1 = 2'b01 , p5 = 2'b10;

    always@ ( posedge clk or posedge reset )
        if ( reset )
            state <= p1;
        else
            state <= next;

    always@ ( state or req or z1 or z3 or z4)
        case ( state )
            p1: next <= ( ! req && z1)? NOP1 : ( req && z4)? p5 : p1;
            NOP1: next <= ( z3)? p1 : NOP1;
            p5: next <= p1;
            default: next <= p1;
        endcase

    assign z2 = ( state == p1)? 1'b1 : 1'b0;
    assign {GP ,z5 } = ( state == p5)? 2'b11 : 2'b00;
endmodule

module S3 (RP ,z4 ,req ,z2 ,z5 ,clk , reset );
    output RP ,z4;
    input req ,z2 ,z5 ,clk , reset;
    reg state = 0, next = 0;
    parameter p6 = 1'b1 , NOP2 = 1'b0;

    always@ ( posedge clk or posedge reset )
        if ( reset )
            state <= p6;
        else
            state <= next;

    always@ ( state or req or z2 or z5)
        case ( state )
            p6: next <= ( req && z2)? NOP2 : p6;
            NOP2: next <= ( z5)? p6 : NOP2;
            default: next <= p6;
        endcase

    assign {RP ,z4 } = ( state == p6)? 2'b11 : 2'b00;
endmodule

通过以上两种建模方法，我们可以有效地描述并发控制系统，无论是基于传统的解释 Petri 网方法，还是将其视为顺序自动机的组合。这些方法在硬件设计中具有重要的应用价值，能够帮助工程师更好地设计和实现复杂的并发系统。

硬件语言中并发系统的建模

3. 建模方法对比与总结

3.1 传统建模方法与顺序自动机组合方法对比

对比项	传统建模方法（基于解释 Petri 网）	顺序自动机组合方法
建模思路	直接根据解释 Petri 网的结构，描述位置、转换以及它们之间的关系，通过逻辑表达式来定义转换的使能和位置的更新。	将并发系统分解为多个顺序自动机，每个自动机负责一部分功能，通过同步信号协调各自动机之间的工作。
代码复杂度	对于复杂的 Petri 网，代码可能会变得冗长，尤其是当位置和转换数量较多时，需要处理大量的逻辑表达式。	每个自动机的代码相对独立和简洁，但需要额外处理同步信号，整体代码结构可能会更复杂。
可维护性	当 Petri 网结构发生变化时，需要修改大量的逻辑表达式，维护难度较大。	由于各自动机相对独立，修改某个自动机的功能对其他自动机影响较小，可维护性较好。
并发处理能力	能够自然地描述并发行为，但对于冲突的处理需要额外的逻辑。	通过同步信号实现并发控制，能够更灵活地处理并发和冲突。

3.2 总结

传统建模方法基于解释 Petri 网，适合对系统的整体行为进行建模，尤其是当系统的并发和冲突关系可以直接从 Petri 网中清晰表达时。这种方法的优点是直观，能够直接反映系统的逻辑结构，但在处理复杂系统时，代码的复杂度和维护难度会增加。

顺序自动机组合方法将并发系统分解为多个顺序自动机，通过同步信号进行协调。这种方法更适合处理大规模的并发系统，能够提高代码的可维护性和可扩展性。但需要注意的是，同步信号的设计和管理是该方法的关键，不当的同步设计可能会导致系统出现死锁或其他并发问题。

4. 实际应用中的考虑因素

4.1 系统规模

对于小规模的并发系统，传统建模方法可能更为合适，因为它能够快速地描述系统的行为，代码相对简单。例如，一个简单的智能家居子系统，只有几个位置和转换，使用传统建模方法可以直接实现。

而对于大规模的并发系统，如复杂的工业控制系统或大型交通管理系统，顺序自动机组合方法更具优势。它可以将系统分解为多个较小的模块，降低每个模块的复杂度，便于开发和维护。

4.2 性能要求

在对性能要求较高的系统中，需要考虑建模方法对系统性能的影响。传统建模方法由于直接描述系统的逻辑关系，可能会导致硬件资源的浪费，尤其是在处理复杂逻辑时。而顺序自动机组合方法可以通过优化同步信号和自动机的设计，提高系统的性能和资源利用率。

4.3 开发团队的技术水平

传统建模方法相对较为直观，对开发团队的要求较低，只需要掌握基本的逻辑表达式和 Verilog 语法即可。而顺序自动机组合方法需要开发团队具备一定的系统设计和并发编程的经验，能够合理地设计自动机和同步信号。

5. 未来发展趋势

随着硬件技术的不断发展，并发系统的规模和复杂度将不断增加。未来，建模方法将朝着更加智能化和自动化的方向发展。

一方面，可能会出现更多的自动化工具，能够根据系统的需求自动生成并发系统的模型代码。这些工具可以根据输入的系统规格，自动选择合适的建模方法，并生成优化的代码。

另一方面，人工智能和机器学习技术可能会被应用到并发系统的建模中。例如，通过机器学习算法分析系统的行为模式，自动调整模型的参数，提高系统的性能和可靠性。

6. 流程图示例

下面是一个简化的智能家居系统传统建模方法的流程图：

graph TD;
    A[开始] --> B[初始化位置状态];
    B --> C{是否复位};
    C -- 是 --> B;
    C -- 否 --> D[计算转换使能];
    D --> E[更新位置状态];
    E --> F[输出信号赋值];
    F --> G[等待时钟上升沿];
    G --> D;

这个流程图展示了传统建模方法中系统的基本运行流程，包括初始化、复位检查、转换使能计算、位置状态更新和输出信号赋值等步骤。