《信息物理融合系统（CPS）设计、建模与仿真——基于 Ptolemy II 平台》——2.3　层次结构和复合角色

本节书摘来自华章出版社《信息物理融合系统（CPS）设计、建模与仿真——基于 Ptolemy II 平台》一书中的第2章，第2.3节，作者：［美］爱德华·阿什福德·李（Edward Ashford Lee），更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看

2.3　层次结构和复合角色

Ptolemy II 支持（和鼓励）层次化模型。这种模型包含了本身就是模型的组件。这些组件称为复合角色（composite actor）。
考虑一个从噪声通道中恢复一个信号的典型信号处理问题。使用Ptolemy II，创建一个复合角色进行一个有噪声通信通道的建模，并在更大的模型中使用该角色。
为了创建复合角色，从Utilities库中拖出一个CompositeActor。如图2-15所示，在上下文菜单（通过右击复合角色获得）中，选择[Customize→Rename]给该复合角色一个适当的名称，如Channel。（注意，你也可以提供一个Display name（显示名称）参数，它可以是任意文本，它将替代原角色名的显示内容。）然后，再使用上下文菜单，选择Open Actor。如图2-16所示，它将打开一个新的图形编辑器窗口。注意，原始的图形编辑器依然是打开的。可通过拖动新窗口的标题栏来移动新的图形编辑窗口，将其显示。也可以单击工具栏中向上指向的三角形返回原始图形编辑器。

图2-16　打开一个新的复合角色，它显示了空的角色内部
2.3.1　复合角色端口添加
新创建的复合角色需要输入和输出端口。可采用多种方法来添加输入输出端口，最简单的一种是单击工具栏上的端口按钮。如图2-17中所示，端口按钮显示为工具栏中白色或黑色的箭头。可以通过将鼠标停留在每个按钮上来探索工具栏中的按钮，将弹出描述这些按钮的工具提示。

图2-17　创建新端口的工具栏按钮总结
创建一个输入端口和输出端口，通过右击端口并选择 [Customize→Rename] 来重命名input（输入）和quput（输出）。如图2-18所示，注意，无论一个端口是输入端口，还是输出端口或是多端口都也可以右击复合角色的背景并选择[Customize→Ports] 来添加、移除或改变。弹出的对话框也可进行端口类型的设置，即使通常你不需要设置端口类型，因为Ptolemy II 从端口连接（connection）中决定端口类型。也可以指定端口的方向并且指定是否在图标外部指定端口名字（默认为否），或者端口是否显示。

图2-18　右击背景会出现一个对话框，它可以用来配置端口
使用这些端口，创建如图2-19所示的模型。利用在Random库中的高斯（Gaussian）角色，创建服从高斯分布的随机变量。如果返回上层模型，能够很轻松地创建如图2-20所示模型。Sinewave角色在Sources→SequenceSources下，SequencePlotter角色在Sinks→SequenceSinks下。
Sinewave角色也是一个复合角色（可以打开该角色）。如果执行该模型（可以给interation参数设置一个合理的值，如100），可以看到类似图2-20所示的图。

图2-20　一个简单的信号处理例子，在正弦信号中加入噪声
2.3.2　端口类型设置
在上述例子中，无需定义端口类型。它们的类型可以从模型中的连接（connection）和常量中推断出，该问题将在第14章中解释。然而，偶尔也需要进行端口类型的设置。注意图2-18中的对话框有一列可进行端口类型的指定。比如，若要指定端口为布尔类型，你可以输入boolean即可。但是，仅当端口属于不透明的复合角色（有自己的指示器）时，这样做才有效。但在已经建立的模型中，Channel复合角色是透明的，所以对它的端口类型进行设置将没有实际作用。透明复合角色仅仅是为了表述上的方便简洁，在模型执行中它们的复合端口不起实际作用。
通常使用的类型包括、complex、double、fixedpoint、float、general、int、long、matrix、
object、scalar、short、string、unknown、unsignedByte、xmlToken、arrayType(int)、arrayType（int, 5）、[double] 以及{x=double, y=double}。类型的详细描述在第14章。
在Ptolemy II 的表达语言中，矩阵使用方括号，数组使用大括号。数组是任意类型令牌的有序列表。一个Ptolemy II 矩阵是包含数值类型的一维或二维的结构。例如，若指定端口为双精度矩阵类型，使用下面的表达式：
[double]
这个表达式建立了一个1×1的矩阵，它包含了一个double类型（具体值暂不讨论）。它是指定双精度矩阵类型的一个原型。类似地，我们可以指定一个复数类型的数组为：
{complex}
一条记录可以有任意数量的数据元素，它们中的每一个都有自己的名字和值，其中值可以是任意形式。若一条记录包含一个名为“name”的字符串和一个名为“address”的整数，可使用下面的表达式来指定：
{name=string， address=int}
关于数组、矩阵和记录的细节将在第13章给出。
2.3.3　多端口、总线和层次结构
如上面的2.1.3节所解释的那样，一个多重端口（multiport）处理多个独立的信道。在类似的方式中，一个关系（relation）可以处理多个独立的信道。一个关系（relation）有一个width（宽度）参数，在默认情况下设置为Auto，意味着可以通过上下文来推断宽度。如果宽度不统一，将会出现图2-21所示的情况：关系（relation）上的一条斜线旁边标注了一个数字。这样的连接称为总线，因为它装载多个信号。在图2-21的例子中，如果设置的复合角色的关系宽度为2，那么只使用了复合角色的2/3的信道。