 |
Таблица 5.1 Таблица 5.2. 5.2. Инженерный подход к проектированию цифровых автоматов. Форма задания описания автоматов – состояний, переходов, приоритетов
|
|
|
|
Таблица 5. 1 Таблица 5. 2
Таблица переходов Таблица выходов
| Вход | Исходное состояние | Вход | Исходное состояние | |||||||
| S0 | S1 | S2 | S3 | S0 | S1 | S2 | S3 | |||
| X0 | S0 | S1 | S2 | S3 | X0 | Y0 | Y0 | Y0 | Y0 | |
| X1 | S1 | S2 | S3 | SO | X1 | Y0 | Y0 | Y0 | Y1 | |
| X2 | S3 | S0 | S1 | S2 | X2 | Y2 | Y0 | Y0 | Y0 | |
Рис. 5. 5. Графический стиль описания автомата Мили
Графический стиль описания этого же устройства (граф переходов автомата) может иметь вид, представленный на рис. 5. 5. Хотя в данном случае замена коснулась лишь имен сигналов: “плюс” вместо X1 и “минус” вместо X2, поведение автомата стало значительно яснее. При сигналах “плюс” автомат последовательно проходит состоянияс повышением номера от текущего до тех пор, пока либо не придет сигнал “минус” и движение начнется в противоположном направлении, либо при отсутствии сигналов “плюс” и “минус” автомат будет оставаться в последнем состоянии. Ясно видны и условия формирования выходных сигналов Y1 и Y2. Совершенно очевидно, что стиль формы описания не влияет на результирующий текст программы.
5. 2. Инженерный подход к проектированию цифровых автоматов
Важность цифровых автоматов в проектировании разнообразных цифровых устройств и определенная специфика их синтеза вызывала и продолжает вызывать огромный интерес разработчиков электронной аппаратуры. Большое количество работ посвящено способам перехода от описаний автоматов к их схемной реализации [10]. На ранних этапах развития вычислительной техники методики перехода в основном ориентировались на ручные методы синтеза (например, [6]). В ряде работ [11] предлагались методики, пригодные для формального перехода от описания поведения автоматов к структуре вычислительных устройств. Эти работы послужили основой для разработки современных автоматизированных систем проектирования автоматов. Теперь разработчик в зависимости от опыта и имеющихся ресурсов может выбирать способ создания описания синтезируемого автомата: ручной, полуавтоматический или автоматический.
|
|
|
Форма задания описания автоматов – состояний, переходов, приоритетов
Относительно кодирования состояний следует отметить, что большинство разработчиков САПР настоятельно не рекомендуют пользователям самостоятельно задавать коды состояния (использовать битовые вектора для представления состояний), а ориентируют на использование перечислимого типа для представления состояний. САПР автоматически выберет коды состояний. Некоторые САПР позволяют задать способ кодирования: двоичное кодирование обеспечит уменьшение разрядности регистра, унитарное кодирование (один единичный бит в коде) уменьшает сложность логической схемы, имеются промежуточные типы кодирования. Выбор конкретных кодов из множества заявленного типа остается за программой синтеза. Для достижения оптимального кодирования используются переборные алгоритмы, которые системы автоматического синтеза исполняют эффективнее человека.
Использование представления входа и выхода как данных перечислимого типа весьма ограничено. Оно допустимо, если число значений невелико, а источник входа и приемник выхода составляют единый проект с управляющим автоматом. Если при таком подходе источник и приемник объявлены как самостоятельные модули (ENTITY), то данные передают через порты модулей, которым приписывается тот же перечислимый тип, причем соответствующие типы данных должны декларироваться в доступном для всех модулей пакете.
|
|
|
Если для входа автомата предполагается большое число комбинаций, а значения отдельных источников входа слабо связаны между собой, предпочтительно представление входа в виде набора независимых логических единиц, представляемых в программе типами BIT или std_logic (при реализации это набор одноразрядных линий связи). При этом для определения действия часто требуется анализировать не все входные линии, а лишь существенные в данном состоянии, что реально может привести к экономии оборудования. Появляется возможность принудительно устанавливать приоритеты сигналов и даже кодовых комбинаций.
Перенос внешних относительно автоматов элементов в тело описаний
Стремление устранить паразитные эффекты, связанные с наличием гонок в схемах формирования выходных сигналов, приводит к добавлению тактируемых синхросигналами триггеров. Возможность включения таких триггеров в перечень допустимых действий САПР привело даже к введению специального типа автомата – автомата Мили с синхронизированными выходами. Структурная модель автомата этого типа приведена на рис. 5. 6.
В условиях автоматического синтеза автомата на вентильном уровне достаточно часто могут появиться проблемы с использованием выходных сигналов. В моменты смены состояний автомата или изменения значений входных сигналов могут возникать паразитные импульсы, обусловленные рисками, появляющимися в комбинационных схемах выработки выходных сигналов. Поэтому выходные сигналы автомата опасно использовать в качестве тактовых сигналов или сигналов асинхронных сбросов и установок триггеров. Для устранения указанного эффекта используются автоматы с синхронизированными выходами (рис. 5. 6). На рисунке YC – комбинационные сигналы, а YR – синхронизируемые тактовым сигналом.
|
|
|
