 |
Рис. 5.6. Структурная модель автомата Мили с синхронизированным выходом
|
|
|
|
Рис. 5. 6. Структурная модель автомата Мили с синхронизированным выходом
При подключении триггеров к выходам автоматов необходимо учитывать, что выходные сигналы триггеров начинают как бы " запаздывать" на один такт относительно сигналов входной комбинационной логики. Другими словами, логика управления выходными триггерами автомата должна формировать значения " следующего" (или будущего) состояния сигнала. Предполагается, что выход в каждом такте зависит от состояния и входа в предыдущем такте:
V: S × Y –> Y, y(n) =V (s(n-1), y(n-1)). (3)
Фиксация входных сигналов
Другая проблема – возможность появления временных перекосов в блоках комбинационной логики автомата. Это может происходить вследствие асинхронности входных сигналов относительно тактовой частоты автомата. Когда изменение входного сигнала приводит к тому, что выходы логики следующего состояния изменяют свои значения в моменты близкие к фронту тактового сигнала, то появляется вероятность перехода автомата в неправильное состояние. В этой ситуации и в логике формирования выходных сигналов могут возникать ложные импульсы. И то, и другое чаще всего приводит к катастрофическим последствиям для системы управляемой автоматом. Модификация схемы автомата (рис. 5. 6), снижающая вероятность появления сбоев подобного типа, приведена на рис. 5. 7. , где XC – синхронные входные сигналы, а XA – асинхронные.
Рис. 5. 7. Автомат с предварительной фиксацией входных данных
Смешанные системы
В смешанных моделях можно выделить несколько выходов, относящихся к разным множествам. Выходы имеют индивидуальные функции выходов, а правила их формирования соответствуют любому из выражений 1 – 3.
|
|
|
Например, легко представить автомат с двумя выходами, для которого
y’(N)= V1 (s(N)); y”(N)= V2 (s(N-1), y”(N-1)). (4)
Во всех структурах автоматов регистры хранения состояния (S) не могут изменять состояние до окончания тактового импульса, ибо одновременно являются приемником новой информации и источников информации о предыдущем состоянии.
Несмотря на наглядность алгоритмического представления автомата на основе перечислимых типов данных, на практике часто прибегают к более естественным, кодированным, представлениям: логическим векторам с совокупностью независимых логических величин и даже целым типам.
В современных процедурах проектирования, ориентированных на широкое использование САПР тех или иных фирм, все большее распространение получает метод задания автоматов в форме графов переходов. Для упрощения их создания в состав все большего числа САПР вводят графические редакторы диаграмм состояний. Несмотря на некоторые различия в формальном способе конкретизации, все такие редакторы позволяют задать желательные структуру автомата и способ формирования выходных сигналов.
В качестве примера описания рассмотрим автомат, диаграмма состояний которого приведена на рис. 5. 8. Описание автомата создавалось с помощью САПР фирмы Mentor Graphics под названием HDL Designer Series. Эта система создает программу на языке VHDL, соответствующую графическому описанию. Текст программы, сгенерированный САПР (за исключением удаленных несущественных деталей), приводится ниже (листинг 5. 1). САПР легко создаёт автоматы комбинированной структуры (Мура, Мили и Мили с синхронными выходами в одной реализации).
В автомате под именем состояния или сигнала при переходе перечисляются имена сигналов, активизируемых (устанавливаемых в единицу) в этом (или этим) состоянием.
|
|
|
Рис. 5. 8 Граф переходов автомата
Например, сигналы En и Ld устанавливаются в состоянии Write. Если из состояния возможен переход в несколько других состояний, то на дугах переходов указываются логические выражения, составленные из имен входных сигналов, определяющих условия переходов. Если из текущего состояния переходы являются условными, то обычно предполагается, что альтернативой является возврат в текущее состояние. В примере это сигналы Ack, Rd и Wr. В кружочках на дугах (или рядом) указывается приоритет переходов при одновременности выполнения условий для нескольких переходов. Кроме выражения, определяющего переход, на дуге может содержаться информация о сигналах, возникновение которых обусловлено выполнением условия этого выражения. Такие сигналы в примере – Busy и En.
Система HDL Designer Series поддерживает три типа выходных сигналов комбинационные, тактируемые и регистровые:
1. Комбинационные сигналы – это выходные сигналы автомата, значения которых непосредственно передаются в выходной порт.
2. Тактируемые сигналы – сигналы конечных автоматов, значения которых присваиваются внутренним сигналам с рабочей частотой автомата (т. е. запоминаются в триггерах). Выходные сигналы триггеров постоянно связаны с выходным портом. Необходимо указать значения по умолчанию. Обычно этот тип сигналов используется для внутренних счетчиков, значение которых требуются на выходе автомата.
3. Регистрируемые сигналы – сигналы конечного автомата (типа Мили с сихронизированными выходами). Внутренний сигнал, защелкиваемый на частоте автомата в триггере, который непосредственно соединяется с выходным портом автомата. Необходимо указать значения по умолчанию, чтобы избежать создания защелки в процессе синтеза.
|
|
|
