 |
Описание работы автоматов на языке AHDL
|
|
|
|
Использование языка AHDL для описания алгоритма работы автоматов позволяет автоматизировать процедуру синтеза, включая выбор числа разрядов памяти и кодирование состояний автомата. В языке AHDL конечный автомат – это переменная. При описании работы автомата на языке AHDL необходимо входные и выходные порты автомата а затем ввести вышеупомянутую следующую переменную с помощью оператора следующего типа:
<имя автомата>: MACHINE OF BITS(<список имён бит>)
WITH STATES (<список состояний>)
Этот оператор определяет:
· имя переменной – символическое имя автомата;
· число разрядов памяти и символическое имя каждого разряда;
· символические имена состояний автомата.
Указывать число разрядов памяти и их символические имена, а также коды состояний автомата необязательно. Поэтому в простейшем случае для задания конечного автомата используется следующая конструкция:
<имя автомата>: MACHINE WITH STATES (<список состояний>)
В этом случае компилятор, оптимизируя структуру автомата самостоятельно выбирает как разрядность блока памяти, так и коды состояний автомата.
В рамках языка AHDL конечный автомат, а следовательно и переменная, его обозначающая имеет три управляющих входа:
· CLK - вход тактового сигнала;
· Reset – вход асинхронного сброса;
· ENA – вход разрешения работы.
Обязательно использование только входа CLK. Если входы Reset и ENA не используются, то на них автоматически подаются сигналы не препятствующие работе автомата.
Описание работы автомата на языкеAHDL обычно осуществляется с помощью таблицы истинности. Причём в таблице описывается и функция выходов и функция переходов.
Рассмотрим пример абстрактного автомата Мура. Автомат содержит:
|
|
|
Входы: START, ABAR, CLK.
Выходы: WORK, END_WORK.
Автомат имеет следующие состояния.
Init, Working, Waiting, Resuming, Ending.
Таблица переходов автомата имеет следующий вид:
| Исходное состояние | Входные сигналы | Новое состояние |
| Init | START=1 | Working |
| Init | START=0 | Init |
| Working | START=0 | Waiting |
| Working | START=1 | Working |
| Waiting | START=1 | Ruming |
| Waiting | START=0 | Ending |
| Ruming | START=0 | Waiting |
| Ruming | START=1 | Working |
| Ending | Init |
Выходные сигналы автомата выглядят следующим образом.
| Состояние | Выходные сигналы |
| Init | WORK=0, END_WORK=0 |
| Working | WORK=1, END_WORK=0 |
| Waiting | WORK=1, END_WORK=1 |
| Ruming | WORK=0, END_WORK=0 |
| Ending | WORK=0, END_WORK=1 |
С учётом вышесказанного, описание работы автомата на языке AHDL имеет следующий вид:
SUBDESIGN Moor1
(Start,ABAP,clk: INPUT;
Work,End_work: OUTPUT;)
VARIABLE
FSM: MACHINE WITH STATES
(INIT,WORKING,WAITING,RUMING,ENDING);
BEGIN
FSM.clk=CLK;
FSM.RESET=ABAP;
TABLE
FSM, START => WORK, END_WORK, FSM;
INIT, 0 => 0, 0, INIT;
INIT, 1 => 0, 0, WORKING;
WORKING, 0 => 1, 0, WAITING;
WORKING, 1 => 1, 0, WORKING;
WAITING, 0 => 1, 1, ENDING;
WAITING, 1 => 1, 1, RUMING;
RUMING, 0 => 0, 0, WAITING;
RUMING, 1 => 0, 0, WORKING;
ENDING, B"X" => 0, 1, INIT;
END TABLE;
END;
В приведённом описании задана внутренняя переменная FSM, являющаяся символическим именем конечного автомата, имеющего пять состояний.: INIT, WORKING, WAITING, RUMING, ENDING. Отметим, что при её задании указаны только состояния автомата.
Уравнение FSM.clk=CLK; определяет соединение тактового сигнала с тактовым входом конечного автомата.
Вход ABAP соединяется с входом асинхронного сброса автомата, что определяется уравнением FSM.RESET=ABAP;
Поскольку вход разрешения работы FSM.ENA не используется, то на него автоматически подаётся логический уровень не препятствующий нормальной работе автомата (логическая единица).
В левой части таблицы истинности (слева от знака =>) указываются текущее состояние и набор входных сигналов. В правой части – состояние в которое автомат перейдёт при появлении на входе CLK перепада из «0» в «1», т.е. состояние перехода. И кроме того в в правой части перечисляются выходные сигналы автомата.
|
|
|
Отметим, что описание представленного автомата может быть сделано с помощью операторов CASE и IF THEN.
Пример такого описания приведен ниже.
SUBDESIGN Moor2
(Start,ABAP,clk: INPUT;
Work,End_work: OUTPUT;)
VARIABLE
FSM: MACHINE WITH STATES
(INIT,WORKING,WAITING,RUMING,ENDING);
BEGIN
FSM.(clk,RESET)=(CLK,ABAP);
CASE FSM IS
WHEN INIT=>
IF START==0
THEN FSM=INIT;
ELSE FSM=WORKING;
END IF;
WHEN WORKING=> Work=VCC;
IF START==0
THEN FSM=WAITING;
ELSE FSM=WORKING;
END IF;
WHEN WAITING=> Work=VCC; End_work=VCC;
IF START==0
THEN FSM=ENDING;
ELSE FSM=RUMING;
END IF;
WHEN RUMING=>
IF START==0
THEN FSM=WAITING;
ELSE FSM=WORKING;
END IF;
WHEN ENDING => End_work=VCC;
FSM=WAITING;
END CASE;
END;
В результате моделирования автомата МУРА получается временная диаграмма работы автомата, представленная на рис 3.2.1.
Рис 3.2.1. Временная диаграмма работы автомата МУРА.
|
|
|
