數(shù)字系統(tǒng)通常劃分為信息處理單元和控制單元。信息單元主要進行信息的傳輸和運算, 而控制單元的主要任務是控制信息處理單元的微操作的順序??刂茊卧膶崿F(xiàn)方式有: 有限狀態(tài)機、控制寄存器和微代碼控制器等。有限狀態(tài)機在時間尺度上對其控制信號進行離散化控制, 利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移使控制信號在有限狀態(tài)機的狀態(tài)節(jié)拍控制下變化, 以實現(xiàn)對被控對象的控制。有限狀態(tài)機設計的關鍵是如何把一個實際的時序邏輯關系抽象成一個時序邏輯函數(shù),傳統(tǒng)的電路圖輸入法通過直接設計寄存器組來實現(xiàn)各個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換, 而用硬件描述語言來描述有限狀態(tài)機, 往往是通過充分發(fā)揮硬件描述語言的抽象建模能力,通過對系統(tǒng)在系統(tǒng)級或寄存器傳輸級進行描述來建立有限狀態(tài)機。EDA 工具的快速發(fā)展,使通過CAD快速設計有限狀態(tài)機自動化成為可能。
傳統(tǒng)上在系統(tǒng)級和寄存器傳輸級完成VHDL 的描述主要分以下幾步:
(1) 分析控制器設計指標, 建立系統(tǒng)算法模型圖;
(2) 分析被控對象的時序狀態(tài), 確定控制器有限狀態(tài)機的各個狀態(tài)及輸入.輸出條件;
(3) 應用VHDL 語言完成描述。使用XILINX的ISE6.1軟件包能加速有限狀態(tài)機設計,大大簡化狀態(tài)機的設計過程,實現(xiàn)狀態(tài)機設計的自動化。下面分析二個簡單的狀態(tài)機設計實例來介紹使用ISE6.1軟件包中STATECAD來介紹快速設計有限狀態(tài)機的方法。使用STATECAD進行狀態(tài)機設計的流程如下:
(1) 分析控制器設計指標, 建立系統(tǒng)算法模型圖;
(2) 分析被控對象的時序狀態(tài), 確定控制器有限狀態(tài)機的各個狀態(tài)及輸入.輸出條件;
(3) 在STATECAD中輸入有限狀態(tài)機狀態(tài)圖,自動產(chǎn)生VHDL模型描述,使用STATEBENCH進行狀態(tài)轉(zhuǎn)移分析,分析無誤后使用導出VHDL模型塊到ISE中進行仿真后綜合,實現(xiàn)到CPLD或FPGA的映射。設計人員的主要工作在第一步。第二步,第三步基本上可以通過STATECAD完成有限狀態(tài)機的自動生成和分析,還可以利用分析結(jié)果來對被控對象的邏輯進行分析,改進,完善系統(tǒng)控制邏輯。
下面以一個VCR控制機狀態(tài)機設計過程來介紹如何使用STATECAD設計狀態(tài)機。
VCR控制機描述:外部輸入:
1.POWERSWITCH---------電源開關
2.STOP----------------停按鈕
3.PLAY――――――――播放按鈕
4.RECORD―――――――錄影按鈕輸出狀態(tài):
1.?有電顯示:電源指示燈亮,播放指示燈滅,錄影指示燈滅;
2.?按播放按鈕,進入播放狀態(tài),播放指示燈亮,電源指示燈亮,錄影指示燈滅;按停按鈕,退出播放狀態(tài)回到有電狀態(tài),播放指示燈滅,電源指示燈亮,錄影指示燈滅;
3.?按錄影按鈕,進入錄影狀態(tài),錄影指示燈亮;按停按鈕,退出錄影狀態(tài)回到有電狀態(tài);電源指示燈亮,播放指示燈滅,錄影指示燈滅;
4.?電源開關斷開,電源指示燈滅,播放指示燈滅,錄影指示燈滅;打開STATECAD,輸入如下的狀態(tài)圖:
進行邏輯優(yōu)化(工具自動進行邏輯優(yōu)化)后,使用STATEBENCH進行狀態(tài)轉(zhuǎn)移分析。以下是自動狀態(tài)轉(zhuǎn)移模擬波形。
也可以進行行為狀態(tài)模擬:如以下動作的模擬波形,按電源開關上電,按播放按鈕,按播放按鈕,按停按鈕,按錄影按鈕,按停按鈕,電源開關斷電。
綜合以上的模擬波形結(jié)果,可以看到狀態(tài)機安裝指定的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖工作。
導出VHDL模型塊到ISE中進行仿真后綜合后可以適配到XC9536-5-PC44芯片,適配結(jié)果如下:宏模塊使用?Pterms Used?寄存器使用情況?引腳使用情況?IOB使用情況
9/36? (25%)?37/180? (21%)?9/36? (25%)?13/34? (39%)?11/72? (16%)進行引腳鎖定后就可以進行編程。
代碼如下:
--? D:\XILINXTUTORIAL\VCRSTATE.vhd
--? VHDL code created by Xilinx's StateCAD 6.1iLIBRARY ieee;
USE ieee.std_logic_1164.all;ENTITY VCRSTATE IS
?PORT (CLK,PLAYSWITCH,POWERSWITCH,RECORDSWITCH,RESET,STOPSWITCH: IN std_logic?;
??PLAYLED,POWERLED,RECORDLED : OUT std_logic);
END;ARCHITECTURE BEHAVIOR OF VCRSTATE IS
?TYPE type_sreg IS (OFF,PLAY,POWERON,RECORDING);
?SIGNAL sreg, next_sreg : type_sreg;
?SIGNAL next_PLAYLED,next_POWERLED,next_RECORDLED : std_logic;
BEGIN
?PROCESS (CLK, RESET, next_sreg, next_PLAYLED, next_POWERLED, next_RECORDLED)
?BEGIN
??IF ( RESET='1' ) THEN
???sreg <= OFF;????????????? PLAYLED <= '0';
???POWERLED <= '0';???????????? RECORDLED <= '0';
??ELSIF CLK='1' AND CLK'event THEN
???sreg <= next_sreg;???????????? PLAYLED <= next_PLAYLED;
???POWERLED <= next_POWERLED;??RECORDLED <= next_RECORDLED;
??END IF;
?END PROCESS;?PROCESS (sreg,PLAYSWITCH,POWERSWITCH,RECORDSWITCH,STOPSWITCH)
?BEGIN
??next_PLAYLED <= '0'; next_POWERLED <= '0'; next_RECORDLED <= '0';
??next_sreg<=OFF;
??CASE sreg IS
???WHEN OFF =>
????IF ( POWERSWITCH='1' ) THEN
?????next_sreg<=POWERON;?next_POWERLED<='1';
?????next_PLAYLED<='0';?next_RECORDLED<='0';
???? ELSE
?????next_sreg<=OFF;??next_POWERLED<='0';
?????next_PLAYLED<='0';?next_RECORDLED<='0';
????END IF;
???WHEN PLAY =>
????IF ( POWERSWITCH='1' AND STOPSWITCH='0' ) THEN
?????next_sreg<=PLAY;??? next_POWERLED<='1';
?????next_PLAYLED<='1';?next_RECORDLED<='0';
????END IF;
????IF ( POWERSWITCH='0' ) THEN
?????next_sreg<=OFF;??next_POWERLED<='0';
?????next_PLAYLED<='0';?next_RECORDLED<='0';
????END IF;
????IF ( STOPSWITCH='1' AND POWERSWITCH='1' ) THEN
?????next_sreg<=POWERON;?next_POWERLED<='1';
?????next_PLAYLED<='0';?next_RECORDLED<='0';
????END IF;
???WHEN POWERON =>
????IF ( POWERSWITCH='0' ) THEN
?????next_sreg<=OFF;??next_POWERLED<='0';
?????next_PLAYLED<='0';?next_RECORDLED<='0';
????ELSIF ( RECORDSWITCH='1' ) THEN
?????next_sreg<=RECORDING;?next_POWERLED<='1';
?????next_PLAYLED<='0';??next_RECORDLED<='1';
????ELSIF ( PLAYSWITCH='1' ) THEN
?????next_sreg<=PLAY;??? ?next_POWERLED<='1';
?????next_PLAYLED<='1';??next_RECORDLED<='0';
???? ELSE
?????next_sreg<=POWERON;??next_POWERLED<='1';
?????next_PLAYLED<='0';??next_RECORDLED<='0';
????END IF;
???WHEN RECORDING =>
????IF ( POWERSWITCH='1' AND STOPSWITCH='0' ) THEN
?????next_sreg<=RECORDING;?next_POWERLED<='1';
?????next_PLAYLED<='0';??next_RECORDLED<='1';
????END IF;
????IF ( POWERSWITCH='0' ) THEN
?????next_sreg<=OFF;???next_POWERLED<='0';
?????next_PLAYLED<='0';??next_RECORDLED<='0';
????END IF;
????IF ( STOPSWITCH='1' AND POWERSWITCH='1' ) THEN
?????next_sreg<=POWERON;??next_POWERLED<='1';
?????next_PLAYLED<='0';??next_RECORDLED<='0';
????END IF;
???WHEN OTHERS =>
??END CASE;
?END PROCESS;
END BEHAVIOR;整個狀態(tài)機實現(xiàn)過程比相當簡單??旖荨S行?。
用STATECAD快速設計有限狀態(tài)機
- 寄存器(117355)
- vhdl(127605)
- 狀態(tài)機(27117)
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用狀態(tài)機原理進行軟件設計
個組成部分。 不過,狀態(tài)機理論的發(fā)展卻很緩慢。在眾多原因中,狀態(tài)機只是做為編程的實現(xiàn)工具而不是設計工具是一個最重要的原因。 本文的重點就在于,怎樣利用狀態(tài)機原理進行程序設計。本文會先給出普通的、一個平面上的FSM(有限狀態(tài)機)的概念和實例,并指出
2017-12-02 15:03:07
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利用74LS161實現(xiàn)復雜狀態(tài)機
本文主要介紹了是如何利用74LS161實現(xiàn)復雜狀態(tài)機的。時序邏輯電路的數(shù)學模型是有限狀態(tài)機。有限狀態(tài)機它把復雜的控制邏輯分解成有限個穩(wěn)定狀態(tài),在每個狀態(tài)上判斷事件,變連續(xù)處理為離散數(shù)字處理,符合計算機的工作特點。本文主要討論使用MSI同步計數(shù)器74LS161進行復雜狀態(tài)機的設計。
2018-01-18 09:00:02
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狀態(tài)機和組合邏輯的冒險競爭淺析
有限狀態(tài)機(Finite State Machine, FSM),根據(jù)狀態(tài)機的輸出是否與輸入有關,可分為Moore型狀態(tài)機和Mealy型狀態(tài)機。Moore型狀態(tài)機輸出僅僅與現(xiàn)態(tài)有關和Mealy
2018-06-25 08:42:00
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MOORE型有限狀態(tài)機的設計方案分析
隨著微電子技術的迅速發(fā)展,人們對數(shù)字系統(tǒng)的需求也在提高。不僅要有完善的功能,而且對速度也提出了很高的要求。對于大部分數(shù)字系統(tǒng),都可以劃分為控制單元和數(shù)據(jù)單元兩個組成部分。通常,控制單元的主體是一個有限狀態(tài)機,它接收外部信號以及數(shù)據(jù)單元產(chǎn)生的狀態(tài)信息,產(chǎn)生控制信號序列。
2019-06-10 08:03:00
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Linux編程之有限狀態(tài)機FSM的理解與實現(xiàn)
有限狀態(tài)機(finite state machine)簡稱FSM,表示有限個狀態(tài)及在這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移和動作等行為的數(shù)學模型,在計算機領域有著廣泛的應用。FSM是一種邏輯單元內(nèi)部的一種高效編程方法,在服務器編程中,服務器可以根據(jù)不同狀態(tài)或者消息類型進行相應的處理邏輯,使得程序邏輯清晰易懂。
2019-05-15 16:53:39
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使用層次型有限狀態(tài)機對售貨機控制器實現(xiàn)改造設計
有限狀態(tài)機是一種具有離散輸入輸出系統(tǒng)的模型,在任何時刻都處于一個特定的狀態(tài)。對于事件驅(qū)動的程序設計,它是非常有用的設計模型。在某一個狀態(tài)下有事件發(fā)生時,根據(jù)當前狀態(tài)和輸入事件的不同,選擇如何處
2020-05-03 17:49:00
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狀態(tài)機常見的3種類型 狀態(tài)機案例設計
摩爾型的有限狀態(tài)機的輸出只與當前狀態(tài)有關,而與輸入信號的當前值無關,且僅豐時鐘信號邊沿到來時才發(fā)生變化。
2020-08-08 10:57:00
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使用函數(shù)指針的方法實現(xiàn)狀態(tài)機
之前寫過一篇狀態(tài)機的實用文章,很多朋友說有幾個地方有點難度不易理解,今天給大家換種簡單寫法,使用函數(shù)指針的方法實現(xiàn)狀態(tài)機。 狀態(tài)機簡介 有限狀態(tài)機FSM是有限個狀態(tài)及在這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移和動作等行為
2020-10-19 09:36:53
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如何使用FPGA實現(xiàn)序列檢測有限狀態(tài)機
有限狀態(tài)機是絕大部分控制電路的核心結(jié)構(gòu), 是表示有限個狀態(tài)以及在這些狀態(tài)之間轉(zhuǎn)移和動作等行為的數(shù)學模型。有限狀態(tài)機是指輸出取決于過去輸入部分和當前輸入部分的時序邏輯電路。一般來說, 除了輸入部分和
2020-11-04 17:17:04
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基于有限狀態(tài)機的FlexRay時鐘同步機制
工作的能力,其信息傳輸?shù)拇_定性離不開其內(nèi)部的時鐘同步機制的支持。時鐘同步機制可根據(jù)該節(jié)點啟動的不同工作階段,定義成不同的工作狀態(tài),如初始化、等待接收同步幀等。考慮到傳統(tǒng)的FSM方法建立模型存在代碼難以復用、維護困難等問題,本文基于量子框架的角度,采用有限狀態(tài)機的方法對FlexRay時鐘同步機制進行研究。
2021-03-31 10:22:27
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使用Synplify設計安全的VHDL狀態(tài)機
Synplify的優(yōu)勢之一是有限狀態(tài)機編譯器。 這是一個強大的功能,不僅具有自動檢測狀態(tài)機中的狀態(tài)的能力源代碼,并使用順序編碼,灰色編碼或一鍵編碼實現(xiàn)它們。但也要進行可達性分析,以確定所有可能的狀態(tài)達到并優(yōu)化掉所有無法達到的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換邏輯。因此,產(chǎn)生狀態(tài)機的高度優(yōu)化的最終實現(xiàn)。
2021-04-07 09:20:51
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有限狀態(tài)機設計是HDL Designer Series的關鍵應用
有限狀態(tài)機的設計是HDL Designer Series?工具的關鍵應用。 盡可能地對于設計人員編寫導致狀態(tài)機性能不佳的VHDL,可以使用HDL Designer用于生成VHDL的Series?工具
2021-04-08 10:05:23
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基于事件驅(qū)動的有限狀態(tài)機介紹
? 一、介紹 EFSM(event finite state machine,事件驅(qū)動型有限狀態(tài)機),是一個基于事件驅(qū)動的有限狀態(tài)機,主要應用于嵌入式設備的軟件系統(tǒng)中。 EFSM的設計原則是:簡單
2021-11-16 15:29:10
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基于STM32F103C8T6的多按鍵檢測 | 有限狀態(tài)機短按、長按識別 | 標準庫函數(shù)實現(xiàn)方法
制作航模遙控器需要用到多按鍵檢測,使用有限狀態(tài)機實現(xiàn)檢測短按、長按,修正了原文中的一些錯誤
2021-11-26 11:21:04
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STM32實現(xiàn)按鍵有限狀態(tài)機(超詳細,易移植)
STM32實現(xiàn)按鍵有限狀態(tài)機(超詳細,易移植)一、狀態(tài)機簡而言之,狀態(tài)機是使不同狀態(tài)之間的改變以及狀態(tài)時產(chǎn)生的相應動作的一種機制。1.1狀態(tài)機的四要素現(xiàn)態(tài):狀態(tài)機當前狀態(tài)。觸發(fā)條件:改變當前狀態(tài)
2021-12-17 18:37:10
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C語言狀態(tài)機編程思想
關注、星標公眾號,直達精彩內(nèi)容文章來源:頭條-嵌入式在左C語言在右鏈接:https://www.toutiao.com/i6843028812112855564/有限狀態(tài)機概念有限狀態(tài)機...
2022-01-13 13:32:23
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如何以面向?qū)ο蟮乃枷朐O計有限狀態(tài)機
有限狀態(tài)機又稱有限狀態(tài)自動機,簡稱狀態(tài)機,是表示有限個狀態(tài)以及在這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移和動作等行為的數(shù)學計算模型,用英文縮寫也被簡...
2022-02-07 11:23:28
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摩爾型狀態(tài)機與米利型狀態(tài)機的區(qū)別是什么
FSM有限狀態(tài)機,序列產(chǎn)生,序列檢測,是FPGA和數(shù)字IC相關崗位必須要掌握的知識點,在筆試和面試中都非常常見。
2022-03-14 17:42:09
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如何在Verilog中創(chuàng)建有限狀態(tài)機
本文描述了有限狀態(tài)機的基礎知識,并展示了在 Verilog 硬件描述語言中實現(xiàn)它們的實用方法。
2022-04-26 16:20:01
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介紹一種高效率的c語言狀態(tài)機
狀態(tài)機對于有一定編程經(jīng)驗的程序員一定會用到,因為對于我們的各種各樣的模塊他們都會有各種狀態(tài),其他模塊都會根據(jù)這些狀態(tài)和數(shù)據(jù)進行處理;同時在網(wǎng)絡編程方面也會根據(jù)網(wǎng)絡狀態(tài)和消息類型進行相應處理等等方面狀態(tài)機的使用是非常廣泛的,我們通常稱這種狀態(tài)機為有限狀態(tài)機—FSM。
2022-08-12 09:07:59
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如何構(gòu)建基于狀態(tài)機的軟件系統(tǒng)
有限自動機(Finite Automata Machine)是計算機科學的重要基石,它在軟件開發(fā)領域內(nèi)通常被稱作有限狀態(tài)機(Finite State Machine),是一種應用非常廣泛的軟件設計
2022-09-14 10:55:27
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基于事件驅(qū)動的有限狀態(tài)機介紹
EFSM(event finite state machine,事件驅(qū)動型有限狀態(tài)機),是一個基于事件驅(qū)動的有限狀態(tài)機,主要應用于嵌入式設備的軟件系統(tǒng)中。
2023-02-11 10:17:15
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FPGA有限狀態(tài)機編寫如何選擇狀態(tài)編碼?
在Verilog HDL中可以用許多種方法來描述有限狀態(tài)機,最常用的方法是用always語句和case語句。
2023-03-23 14:06:11
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FPGA中有限狀態(tài)機的狀態(tài)編碼采用格雷碼還是獨熱碼?
有限狀態(tài)機是由寄存器組和組合邏輯構(gòu)成的硬件時序電路,其狀態(tài)(即由寄存器組的1和0的組合狀態(tài)所構(gòu)成的有限個狀態(tài))只可能在同一時鐘跳變沿的情況下才能從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)向另一個狀態(tài),究竟轉(zhuǎn)向哪一狀態(tài)還是留在原狀態(tài)不但取決于各個輸入值,還取決于當前所在狀態(tài)。這里是指Mealy型有限狀態(tài)機。
2023-04-07 09:52:46
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Verilog狀態(tài)機的類型
有限狀態(tài)機(Finite-State Machine,F(xiàn)SM),簡稱狀態(tài)機,是表示有限個狀態(tài)以及在這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移和動作等行為的數(shù)學模型。
2023-06-01 15:23:39
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LSM6DSOX嵌入式有限狀態(tài)機的使用和配置
電子發(fā)燒友網(wǎng)站提供《LSM6DSOX嵌入式有限狀態(tài)機的使用和配置.pdf》資料免費下載
2023-07-31 10:55:11
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一個基于事件驅(qū)動的有限狀態(tài)機
EFSM(event finite state machine,事件驅(qū)動型有限狀態(tài)機),是一個基于事件驅(qū)動的有限狀態(tài)機,主要應用于嵌入式設備的軟件系統(tǒng)中。 EFSM的設計原則是:簡單!EFSM的使用者只需要關心:
2023-08-30 09:28:51
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三段式,四段式狀態(tài)機設計方法是什么(狀態(tài)機設計注意事項)
有限狀態(tài)機,簡稱狀態(tài)機,通俗的說,就是把全部的情況分成幾個場景,這些場景的工作方式明顯不同。簡單來說就是如下所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖
2023-08-31 15:30:49
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什么是有限狀態(tài)機?有限狀態(tài)機的四要素介紹
如果一個對象(系統(tǒng)或機器),由若干個狀態(tài)構(gòu)成,在某種條件下觸發(fā)這些狀態(tài),會發(fā)生狀態(tài)相互轉(zhuǎn)移的事件,那么此對象稱之為狀態(tài)機。
2023-09-17 16:42:34
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BGP有限狀態(tài)機有哪幾種狀態(tài)?
BGP有限狀態(tài)機共有六種狀態(tài),分別是Idle、Connect、Active、OpenSent、OpenConfirm和Established。
2023-10-07 14:56:55
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什么是狀態(tài)機?狀態(tài)機的種類與實現(xiàn)
狀態(tài)機,又稱有限狀態(tài)機(Finite State Machine,F(xiàn)SM)或米利狀態(tài)機(Mealy Machine),是一種描述系統(tǒng)狀態(tài)變化的模型。在芯片設計中,狀態(tài)機被廣泛應用于各種場景,如CPU指令集、內(nèi)存控制器、總線控制器等。
2023-10-19 10:27:55
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基于有限狀態(tài)機的車身防盜報警的實現(xiàn)
電子發(fā)燒友網(wǎng)站提供《基于有限狀態(tài)機的車身防盜報警的實現(xiàn).pdf》資料免費下載
2023-10-26 09:48:48
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什么是有限狀態(tài)機?如何解決傳統(tǒng)有限狀態(tài)機「狀態(tài)爆炸」問題?
有限狀態(tài)機(Finite State Machine,簡稱FSM)是一種用來進行對象行為建模的工具,其作用主要是描述對象在它的生命周期內(nèi)所經(jīng)歷的狀態(tài)序列以及如何響應來自外界的各種事件。
2024-02-17 16:09:00
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