用状态机原理进行软件设计
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序列检测器之状态机设计一、实验目的8位序列数“110110011”的检测,当这一串序列数高位在前(左移)串行进入检测器后,若此数与预置的“密码”数相同,则输出1,否则仍然输出0。
二、实验原理(1)状态机用于序列检测器的设计比其他方法更能显示其优越性。
(2)序列检测器可用于检测一组或多组由二进制码组成的脉冲序列信号,当序列检测器连续收到一组串行二进制码后,如果这组码与检测器中预先设置的码相同,则输出1,否则输出0。
由于这种监测器必须记住前一次的正确码的收到必须是连续的,这就要求检测器必须记住前一次的正确码及正确序列,直到在连续的检测中所收到的每一位码都与预置数的对应码相同。
在检测的过程中,任何一位不相等都将回到初始状态重新开始检测。
三、实验步骤(1)检测数据110110011,高位在前的程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY SCHK ISPORT(DIN,CLK, RST : IN STD_LOGIC;--串行输入数据位/工作时钟/复位信号 SOUT : OUT STD_LOGIC);--检验结果输出END SCHK;ARCHITECTURE behav OF SCHK ISTYPE states IS (S0, S1, S2, S3,S4, S5, S6, S7, S8);--定义各种状态SIGNAL ST, NST: states :=s0 ;--设定现态变量和次态变量BEGINCOM: PROCESS(ST, DIN) BEGIN --组合进程,规定各状态转换方式CASE ST IS --11010011WHEN s0 => IF DIN = '1' THEN NST <= s1 ; ELSE NST<=s0 ; END IF ; WHEN s1 => IF DIN = '0' THEN NST <= s2 ; ELSE NST<=s0 ; END IF ; WHEN s2 => IF DIN = '0' THEN NST <= s3 ; ELSE NST<=s0 ; END IF ; WHEN s3 => IF DIN = '1' THEN NST <= s4 ; ELSE NST<=s0 ; END IF ; WHEN s4 => IF DIN = '1' THEN NST <= s5 ; ELSE NST<=s0 ; END IF ; WHEN s5 => IF DIN = '0' THEN NST <= s6 ; ELSE NST<=s0 ; END IF ; WHEN s6 => IF DIN = '1' THEN NST <= s7 ; ELSE NST<=s0 ; END IF ; WHEN s7 => IF DIN = '0' THEN NST <= s8 ; ELSE NST<=s0 ; END IF ; WHEN s8 => IF DIN = '0' THEN NST <= s3 ; ELSE NST<=s0 ; END IF ; WHEN OTHERS => NST<=s0;END CASE;END PROCESS;REG: PROCESS (CLK,RST) BEGIN ---时序进程IF RST='1' THEN ST <= s0;ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN ST <= NST; END IF;END PROCESS REG;SOUT <= '1' WHEN ST=s8 ELSE '0' ;END behav ;(2)生成的RTL电路图如下所示:图(1)(3)生成symbol如图所示:图(2)(4)对其进行波形仿真得到波形如下所示:图(3)四、结果分析图(3)的波形显示,当有正确序列进入时,到了状态S8时,输出正确标志SOUT=1。
状态机的应用场景1. 自动化控制系统自动化控制系统是现代工业中非常常见的应用场景。
在这些系统中,状态机可以被用来描述系统的运行状态,以及控制系统在状态之间的转移。
例如,在工厂生产线中,一个状态机可以用来描述产品在生产过程中的不同阶段,以及产品在这些阶段之间的转移规则。
通过使用状态机,工程师可以更加清晰地了解系统的行为,方便系统的调试和维护。
2. 编程语言解析器在编程语言解析中,状态机也有着重要的应用。
通过将编程语言的语法规则表示为状态机的形式,可以实现对程序代码的分析和解析。
例如,词法分析器和语法分析器通常使用有限状态机来构建,以便将程序代码分解成语法单元并进行语法分析。
状态机的这种应用可以帮助编程语言解析器更加高效和准确地分析程序代码,提高编程语言开发的效率。
3. 通信协议通信协议是网络通信中非常重要的一部分。
状态机可以被用来描述通信协议在不同状态下的行为,并定义状态之间的转移规则。
通过使用状态机,网络通信系统可以更加清晰地了解通信协议的工作原理,从而更容易地实现通信协议的正确性和稳定性。
状态机在通信协议中的应用有助于提高通信系统的可靠性和性能。
4. 游戏开发在游戏开发中,状态机常常被用来描述游戏中的不同状态和角色之间的转移规则。
例如,在角色扮演游戏中,状态机可以用来描述角色在不同状态下的行为,并定义状态之间的转移规则。
通过使用状态机,游戏开发者可以更好地管理游戏中的复杂逻辑关系,提高游戏的可玩性和趣味性。
状态机在游戏开发中的应用有助于开发者更加灵活地设计游戏,并快速响应玩家的操作。
5. 智能系统在人工智能领域,状态机也有着广泛的应用。
通过将智能系统的行为表示为状态机模型,可以帮助智能系统更好地理解环境和做出合适的决策。
例如,在自动驾驶汽车中,状态机可以用来描述汽车在不同交通情况下的行为,并定义汽车在这些情况下的转移规则。
通过使用状态机,自动驾驶汽车可以更加准确地理解道路情况,避免交通事故,提高行驶的安全性和效率。
1.技术的概念EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的软件系统,是指以计算机为工作平台,融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果,进行电子产品的自动设计。
利用EDA工具,电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统,大量工作可以通过计算机完成,并可以将电子产品从设计、性能分析到设计出IC 版图或版图的整个过程的计算机上自动处理完成。
现在对EDA的概念或范畴用得很宽。
包括在、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域,都有EDA的应用。
目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。
例如在飞机过程中,从设计、性能及特性分析直到飞行模拟,都可能涉及到EDA技术。
本文所指的EDA技术,主要针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。
EDA设计可分为系统级、电路级和物理实现级。
2 EDA常用软件EDA工具层出不穷,目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件有:mulSIM7(原EWB的最新版本)、PSCE、、PCAD、Prol、Viewlogic、、Graphics、Synopsys、LSIIogic、、MicroSim等等。
这些工具都有较强的功能,一般可用于几个方面,例如很多软件都可以进行电路设计与仿真,同进还可以进行PCB 自动布局,可输出多种网表文件与第三方软件。
下面按主要功能或主要应用场合,分为电路设计与仿真工具、PCB设计软件、IC设计软件、PLD设计工具及其它EDA软件,进行简单介绍。
2.1电子电路设计与仿真工具我们大家可能都用过试验板或者其他的东西制作过一些电子制做来进行实践。
但是有的时候,我们会发现做出来的东西有很多的问题,事先并没有想到,这样一来就浪费了我们的很多时间和物资。
而且增加了产品的开发周期和延续了产品的上市时间从而使产品失去市场竞争优势。
有没有能够不动用电试验板就能知道结果的方法呢?结论是有,这就是电路设计与仿真技术。
说到电子电路设计与仿真工具这项技术,就不能不提到美国,不能不提到他们的飞机设计为什么有很高的效率。
一、设计目的1.熟悉状态机的使用。
2.了解用VHDL语言实现状态机的过程。
二、设计内容本系统模拟一个自动售票机:所售邮票的价钱分别为:6角和8角;按键设置S1:按一下一角,S2:按一下5角,S3:按一下一元,S8:选择邮票面值,按一下当D1_1亮表示选择6角邮票,按一下D1_2亮表示选择8角邮票,S7:取消操作。
D1_6~D1_8:找回的零钱 D1_1:指示6角邮票D1_2:指示8角邮票 D1_4:提示邮票送出三、设计原理有限状态机FSM及其设计技术是实用数字系统设计中实现高效率、高可靠逻辑控制的重要途径。
传统的状态机设计方法需进行繁琐的状态分配、绘制状态表、化简次态方程等,而利用VHDL可以避免这些繁琐的过程,直接利用状态转换图进行状态机的描述,所有的状态均可表达为CASE_WHEN结构中的一条CASE语句,而状态的转移则通过IF_THEN_ELsE语句实现。
四、管脚分配实验符号对应附录符号管脚money[0] S1 PIN_66money[1] S2 PIN-67money[2] S3 PIN_68rst RESET PIN_240commodity6 D1_1 PIN_215commodity8 D1_2 PIN_217give_change[0] D1_8 PIN_224give_change[1] D1_7 PIN_225give_change[2 D1_6 PIN_213stamp S8 PIN_75back S7 PIN_76clk100hz Clock PIN_29sell D1_4 PIN_207五、使用说明本程序是一个自动处理人机信息交换的程序,它能根据人们的需要,显示邮票的面值,在付款和付款取消的时候给出相应指示,处理交易中出现的各种情况,并且能在交易后显示是否交易成功。
六、流程图设计七、程序设计如下:library ieee; 初始定义投入壹角硬币的处理电路模块投入五角硬币的处理电路模块投入壹元硬币的处理电路模块选择邮票模块确认与取消处理电路模块退币处理电路模块出货电路模块use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity vendor isport(reset :in std_logic; --系统内部给其他顾客重新操作的复位信号clk :in std_logic; --由外接信号发生器提供的1024Hz 系统时钟信号ok_buy :in std_logic; --购买确认的按键信号cancel_buy :in std_logic; --购买取消的按键信号coin_1 :in std_logic;-- 投入壹角硬币的动作按键coin_5 :in std_logic; --投入五角硬币的动作按键coin_10 :in std_logic; --投入壹圆硬币的动作按键select_liu_yp :in std_logic; --选择六角邮票的按键信号select_ba_yp :in std_logic; --选择八角邮票的按键信号led_liu_yp_ok :out std_logic; --灯亮显示还有六角邮票led_ba_yp_ok :out std_logic; --灯亮显示还有八角邮票led_liu_yp_sel :out std_logic; --灯亮显示六角邮票选择键被按 led_ba_yp_sel :out std_logic; --灯亮显示八角邮票选择键被按 led_buy :out std_logic; --灯亮显示按了购买确认键led_cancel :out std_logic; --灯亮显示按了购买取消键led_one :out std_logic;--1个LED,投入1个1角硬币亮一个LEDled_five :out std_logic;--3个LED,投入1个五角硬币亮一个LEDled_ten :out std_logic;--2个LED,投入1个壹圆硬币亮一个LEDDOUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);led_liu_yp_out :out std_logic;--灯亮显示六角邮票已出货led_ba_yp_out :out std_logic --灯亮显示八角邮票已出货);end;architecture arch of vendor issignal ok :std_logic;--用来维持ok_buy的状态signal cancel :std_logic;--用来维持cancel_buy的状态signal money_ok1 :std_logic;--投入金额正确signal money_ok2 :std_logic;--投入金额正确signal return_clk :std_logic;--退币的闪烁信号4Hzsignal liu_yp_choice :std_logic;--用来维持select_liu_yp的状态 signal ba_yp_choice :std_logic;--用来维持select_ba_yp的状态signal total_amount_one:integer range 0 to 1;--壹角硬币的累计投入金额signal total_amount_five:integer range 0 to 5;--五角硬币的累计投入金额signal total_amount_ten :integer range 0 to 10;--壹圆硬币的累计投入金额signal total_amount_6 :integer range 0 to 6;--壹圆硬币的累计投入金额signal total_amount_8 :integer range 0 to 8;--壹圆硬币的累计投入金额signal liu_yp_out :std_logic;--六角邮票已经出货的信号signal ba_yp_out :std_logic;--八角邮票已经出货的信号begincoin_1_counting:block --投入壹角硬币的处理电路模块beginprocess(reset,coin_1)beginif reset='1' then total_amount_one<=0; --复位led_one<='0';elsif rising_edge(coin_1) then --按下投入一角硬币的按钮total_amount_one<=1;led_one<='1'; --灯亮几盏表示投入多少个硬币end if;end process;end block;coin_10_counting:block --投入壹圆硬币的处理电路模块beginprocess(reset,coin_10)beginif reset='1' then total_amount_ten<=0; --复位led_ten<='0';elsif rising_edge(coin_10) then --按下投入一元硬币的按钮total_amount_ten<=10;led_ten<='1'; --灯亮几盏表示投入多少个硬币end if;end process;end block;coin_5_counting:block --投入五角硬币的处理电路模块signal no_coin_five:integer range 0 to 1;beginprocess(reset,coin_5)beginif reset='1' then total_amount_five<=0; --复位led_five<='0';elsif rising_edge(coin_5) then --按下投入五角钱硬币的按钮total_amount_five<=5;led_five<='1'; --灯亮几盏表示投入多少个硬币 end if;end process;end block;select_drink:blockbeginprocess(reset,clk)beginif reset='1' then led_liu_yp_sel<='0'; --复位led_ba_yp_sel<='0';ba_yp_choice<='0';liu_yp_choice<='0';elsif rising_edge(clk) then --时钟上升沿if select_liu_yp='1' then --选择led_liu_yp_sel<='1'; --相应的信号灯亮liu_yp_choice<='1'; --维持选择状态led_ba_yp_sel<='0';ba_yp_choice<='0';end if;if select_ba_yp='1' then --选择led_liu_yp_sel<='0';ba_yp_choice<='1'; --维持选择状态led_ba_yp_sel<='1'; --相应的灯亮liu_yp_choice<='0';end if;end if;end process;end block;ok_or_cancel:block --确认与取消处理电路模块beginp1:process(reset,ok_buy)beginif reset='1' then ok<='0'; --复位led_buy<='0';elsif rising_edge(ok_buy) then --按确认按钮ok<='1'; --维持状态led_buy<='1'; --确认灯亮end if;end process;p2:process(reset,cancel_buy)beginif reset='1' then cancel<='0'; --复位led_cancel<='0';elsif rising_edge(cancel_buy) then --按取消键cancel<='1'; --维持状态led_cancel<='1'; --取消灯亮end if;end process;end block;coin_returned:block --退币处理电路模块signal total_amount:integer range 0 to 16;signal ret:integer range 0 to 16;beginprocess(reset,clk)beginif reset='1' then --复位total_amount<=0;money_ok1<='0';money_ok2<='0';DOUT<="1000000";elsif rising_edge(clk) then --时钟上升沿total_amount<=total_amount_ten+total_amount_five+total_amount_one; --投入总钱数,十进制,单位角if total_amount>=6 then money_ok1<='1';else money_ok1<='0';end if;if total_amount>=8 then money_ok2<='1';else money_ok2<='0';end if;if (cancel='1') then --取消购买CASE total_amount ISWHEN 0=>DOUT<="1000000";--0WHEN 1=>DOUT<="1111001";--1WHEN 2=>DOUT<="0100100";--2WHEN 3=>DOUT<="0110000";--3WHEN 4=>DOUT<="0011001";--4WHEN 5=>DOUT<="0010010";--5WHEN 6=>DOUT<="0000010";--6WHEN 7=>DOUT<="1111000";--7WHEN 8=>DOUT<="0000000";--8WHEN 9=>DOUT<="0010000";--9WHEN 10=>DOUT<="0001000";--10WHEN 11=>DOUT<="0000011";--11WHEN 12=>DOUT<="1000110";--12WHEN 13=>DOUT<="0100001";--13WHEN 14=>DOUT<="0000110";--14WHEN 15=>DOUT<="0001110";--15WHEN 16=>DOUT<="0001001";--16WHEN OTHERS=>DOUT<="1111111";END CASE;end if;if (money_ok1='1' and ok='1' and liu_yp_choice='1') thentotal_amount_6<=6;ret<=total_amount-total_amount_6;elsif( money_ok2='1' and ok='1' and ba_yp_choice='1') thentotal_amount_8<=8;ret<=total_amount-total_amount_8;else ret<=total_amount;end if;if ( ok='1') then --取消购买CASE ret ISWHEN 0=>DOUT<="1000000";--0WHEN 1=>DOUT<="1111001";--1WHEN 2=>DOUT<="0100100";--2WHEN 3=>DOUT<="0110000";--3WHEN 4=>DOUT<="0011001";--4WHEN 5=>DOUT<="0010010";--5WHEN 6=>DOUT<="0000010";--6WHEN 7=>DOUT<="1111000";--7WHEN 8=>DOUT<="0000000";--8WHEN 9=>DOUT<="0010000";--9WHEN 10=>DOUT<="0001000";--10WHEN 11=>DOUT<="0000011";--11WHEN 12=>DOUT<="1000110";--12WHEN 13=>DOUT<="0100001";--13WHEN 14=>DOUT<="0000110";--14WHEN 15=>DOUT<="0001110";--15WHEN 16=>DOUT<="0001001";--16WHEN OTHERS=>DOUT<="1111111";END CASE;end if;end if;end process;end block;give_check:block --出货电路模块beginliu_yp_out<='1' when (money_ok1='1' and ok='1' and liu_yp_choice='1') else '0';led_liu_yp_out<=liu_yp_out;ba_yp_out<='1' when (money_ok2='1' and ok='1' and ba_yp_choice='1') else '0';led_ba_yp_out<=ba_yp_out;end block;end arch;八、设计总结:通过这次小学期设计让我更加深入的了解了VHDL语言的使用及其设计方法,在设计过程中遇到很多问题,通过自己和小组成员的共同努力,把所遇到的问题一一克服,在解决问题的过程中对VHDL的实际应用有了很大的提高九、参考文献:[1] 高峰.单片微型计算机原理与接口技术.科学出版社,2007。
最常用的几种EDA软件EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统,是指以计算机为工作平台,融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果,进行电子产品的自动设计。
利用EDA工具,电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统,大量工作可以通过计算机完成,并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程在计算机上自动处理完成。
现在对EDA的概念或范畴用得很宽。
包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域,都有EDA的应用。
目前EDA 技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。
例如在飞机制造过程中,从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟,都可能涉及到EDA技术。
本文所指的EDA技术,主要针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。
EDA 设计可分为系统级、电路级和物理实现级。
EDA常用软件EDA工具层出不穷,目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件有:EWB、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、ViewLogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIlogic、Cadence、MicroSim等等。
这些工具都有较强的功能,一般可用于几个方面,例如很多软件都可以进行电路设计与仿真,同时以可以进行PCB自动布局布线,可输出多种网表文件与第三方软件接口。
下面按主要功能或主要应用场合,分为电路设计与仿真工具、PCB设计软件、IC 设计软件、PLD设计工具及其它EDA软件,进行简单介绍。
1、电子电路设计与仿真工具电子电路设计与仿真工具包括SPICE/PSPICE;EWB;Matlab;SystemView;MMICAD 等。
下面简单介绍前三个软件。
(1)SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件,是20世纪80年代世界上应用最广的电路设计软件,1998年被定为美国国家标准。
时序逻辑电路的状态机设计与时钟信号控制时序逻辑电路是一种能够根据不同的输入信号,按照一定的时序顺序产生相应的输出信号的电路。
而状态机则是一种特殊的时序逻辑电路,它能够根据当前状态和输入信号的变化来改变自身的状态,并产生相应的输出信号。
在状态机设计中,时钟信号的控制是至关重要的。
一、时序逻辑电路的基本原理时序逻辑电路是由触发器和组合逻辑门构成的。
触发器用来存储和改变电路的状态,而组合逻辑门则根据输入信号和当前的状态产生相应的输出信号。
触发器有很多种类型,如SR触发器、D触发器和JK触发器等。
它们的功能和特性各有不同,可以根据需求选择合适的触发器。
二、状态机的基本概念状态机是一种特殊的时序逻辑电路,它可以根据输入信号的变化和当前的状态来改变自身的状态,并产生相应的输出信号。
状态机由状态、输入、输出和状态转移四个部分组成。
状态表示了当前的状态,输入是指输入信号,输出是指输出信号,而状态转移则是根据输入信号和当前状态确定下一个状态的过程。
三、状态机的设计流程状态机的设计一般遵循以下几个步骤:1. 确定状态数量:首先需要确定需要多少个状态来满足设计需求。
状态数量的确定应该考虑到输入信号的变化以及输出信号的需要。
2. 状态编码:确定了状态数量后,就需要对每个状态进行编码。
状态编码可以使用二进制、格雷码或者其他编码方式。
3. 确定状态转移条件:根据输入信号和当前状态来确定下一个状态的转移条件。
可以使用真值表、卡诺图等方法进行分析和确定。
4. 绘制状态转移图:将状态数量和状态转移条件绘制成状态转移图,清晰地显示出每个状态之间的联系与转变。
5. 实现状态机:根据绘制好的状态转移图,选择合适的触发器和组合逻辑门进行设计和实现。
在设计过程中,要注意时钟信号的控制,确保状态机能够按照所需的顺序进行状态转移。
四、时钟信号对状态机的控制时钟信号是状态机中非常重要的一个因素,它用于控制状态机按照一定的时序进行状态转移。
时钟信号的频率和占空比在状态机设计中需要进行合理的选择和调整。
jq8400工作原理1. 介绍jq8400是一种音频解码芯片,广泛应用于各类音频设备中。
它能够解码多种音频格式,提供高质量的音频输出。
本文将详细介绍jq8400的工作原理,包括硬件结构和软件控制。
2. 硬件结构jq8400芯片由多个功能模块组成,每个模块负责不同的任务。
下面将介绍每个模块的功能和工作原理。
2.1 音频解码器音频解码器是jq8400最核心的部分,它能够解码多种音频格式,如MP3、WAV等。
解码器接收输入的音频数据流,并将其转换为数字信号。
然后,解码器通过数字信号处理模块将数字信号转换为模拟音频信号。
2.2 数字信号处理模块数字信号处理模块负责对解码器输出的数字信号进行处理,以提供更好的音频质量。
该模块可以对音频信号进行滤波、均衡等处理,以消除噪音和改善音质。
2.3 音频输出模块音频输出模块将数字信号转换为模拟音频信号,并将其输出到外部音频设备。
它通常包括一个DAC(数字模拟转换器),用于将数字信号转换为模拟信号,并通过放大器放大后输出。
2.4 控制模块控制模块负责对jq8400进行配置和控制。
它接收外部信号,如按键输入、串口命令等,并根据这些信号对jq8400的各个模块进行控制。
控制模块还可以读取外部存储器中的音频数据,以供解码器解码。
3. 软件控制除了硬件结构外,jq8400还需要软件进行控制。
下面将介绍jq8400的软件控制原理。
3.1 状态机jq8400的软件控制采用状态机的设计模式。
状态机是一种能够根据输入信号进行状态转换的模型。
在jq8400中,状态机可以根据外部信号的变化,如按键输入、串口命令等,切换不同的工作状态。
每个状态都对应着不同的功能,如播放、暂停、停止等。
3.2 串口通信jq8400可以通过串口与外部设备进行通信。
外部设备可以向jq8400发送控制命令,如播放、暂停、切换曲目等。
jq8400接收到这些命令后,会根据命令内容进行相应的操作。
3.3 外部存储器jq8400通常需要外部存储器来存储音频数据。
stateflow逻辑运算-回复什么是Stateflow逻辑运算?Stateflow逻辑运算是一种基于状态机原理的建模工具,用于描述和模拟系统的离散行为。
它在MATLAB/Simulink环境中使用,并结合了图形化的状态图和对应的C语言代码。
Stateflow提供了丰富的逻辑运算操作符和函数,用于定义状态之间的转换和条件判断,以及对数据的操作和处理。
在Stateflow中,逻辑运算是指用于判断条件是否成立的操作。
它可以用于控制状态之间的转换,或者决定某个动作是否被执行。
Stateflow支持多种逻辑运算操作符,包括与、或、非、异或等,这些操作符可以组合成复杂的逻辑表达式。
Stateflow中的逻辑运算操作符:1. 与运算:表示为“&&”,用于判断多个条件是否同时成立。
只有当所有条件都为真时,整个表达式才为真。
2. 或运算:表示为“”,用于判断多个条件是否有一个成立。
只要有一个条件为真,整个表达式就为真。
3. 非运算:表示为“!”,用于取反一个条件的值。
如果条件为真,则取反后为假;如果条件为假,则取反后为真。
4. 异或运算:表示为“^”,用于判断两个条件是否不同。
如果两个条件的值不同,则表达式为真;如果两个条件的值相同,则表达式为假。
逻辑运算在Stateflow中的应用:1. 条件判断:逻辑运算可以用于判断变量的取值是否满足某个条件。
例如,可以使用“&&”操作符来判断温度是否在某个范围内,如果满足条件,则进行状态转换或执行某个动作。
2. 多个条件的组合:使用逻辑运算可以将多个条件组合成一个更复杂的逻辑表达式。
例如,可以使用“”操作符将多个条件合并为一个条件,如果任何一个条件成立,则整个表达式为真。
3. 数据处理:逻辑运算不仅可以用于条件判断,还可以用于对数据的操作和处理。
例如,可以使用“!”操作符将一个布尔型变量取反,或者使用“^”操作符对两个二进制数进行异或运算。
云计算环境下基于有限状态机的自动测试技术随着云计算的发展和普及,软件系统变得越来越复杂。
为了确保系统的可靠性和高效性,必须对软件系统进行全面的测试。
然而,传统的手动测试方法在面对复杂系统的测试时存在效率低下、错误率高等问题。
因此,自动化测试技术在云计算环境下变得尤为重要。
基于有限状态机的自动测试技术,成为了云计算环境下的一种主流测试技术。
一、有限状态机介绍有限状态机(Finite State Machine,缩写为FSM)是一种以状态为基础的计算模型。
一个状态机由一系列状态和转移函数组成。
在一定条件下,状态机从一个状态转移到另一个状态,并执行相应的操作。
有限状态机被广泛应用于自动控制、编译器、计算机网络、电子电路设计、自动化测试等领域。
二、云计算环境下的自动测试技术云计算环境下的软件系统复杂性增加,传统的手动测试方法无法满足需求。
因此,自动化测试技术成为了必不可少的手段。
自动化测试技术可以提高测试效率,降低测试成本,提高测试质量。
常用的自动化测试技术包括基于脚本的自动化测试、基于模型的自动化测试等。
基于脚本的自动化测试技术是最早的一种自动化测试技术,其主要是借助自动化测试工具生成的脚本来实现测试。
基于模型的自动化测试技术以模型为基础,根据模型自动生成测试用例。
基于模型的自动化测试技术具有测试用例高效生成、测试成本低、测试质量高等优点。
其中基于有限状态机的自动化测试技术,由于其能够表达软件系统的行为和状态变化,被广泛应用于云计算环境下的自动化测试场景。
三、基于有限状态机的自动测试技术原理基于有限状态机的自动测试技术,主要是基于有限状态机模型进行测试用例生成和执行。
在测试用例生成阶段,基于有限状态机模型可以自动生成测试用例。
在测试用例执行阶段,测试代码会依据预定义的状态序列执行测试用例,对系统进行测试。
在测试过程中,由于有限状态机能够自动推断状态转移关系,因此可以快速发现系统的缺陷和错误。
四、有限状态机工具应用有限状态机自动化测试技术需要借助有限状态机工具进行实现。
用状态机原理进行软件设计池元武展讯通信(上海)有限公司,PLD,上海摘要:本文描述状态机基础理论,以及运用状态机原理进行软件设计和实现的方法。
关键词:有限状态机层次状态机面向对象分析行为继承参考文献[1] Miro Samek, Ph.D《Practical Statecharts in C/C++ Quantum Programming for Embedded Systems》[2] OpenFans/viewArticle.html?id=289缩略语目录第1章引言 (3)第2章FSM概念 (3)2.1 FSM定义 (3)2.2 FSM要素 (3)2.3 FSM图示 (4)第3章FSM设计方法 (5)3.1 C Parser(注释分析程序) (5)3.2 Calc(计算器)程序举例 (6)第4章HSM概念 (11)4.1 programming-by-difference(按照差异编程) (11)4.2 HSM图示 (12)4.3 HSM分析和OOP分析 (12)第5章HSM设计方法 (14)5.2 继承关系是否合理 (15)第6章HSM在实际工程的应用 (17)6.1 PoC Audio Player (17)6.2 PoC Call Control (18)第7章FSM实现 (19)7.1 nested switch statement(嵌套switch语句) (20)7.2 state table(状态表) (22)7.3 Function Address As State(用函数指针作为状态) (23)7.4 QFSM frame(QFSM框架) (25)第8章HSM实现 (28)第9章附录 (31)第1章引言20多年以前,David Harel创造了状态机理论来描述复杂的交互系统。
随后,状态机理论赢得了广泛的接受,并且被引入到许多软件系统中,最突出的是被引入到UML中作为其一个组成部分。
不过,状态机理论的发展却很缓慢。
在众多原因中,状态机只是作为编程的实现工具而不是设计工具是一个最重要的原因。
本文的重点就在于,怎样利用状态机原理进行程序设计。
本文会先给出普通的、一个平面上的FSM(有限状态机)的概念和实例,并指出其中的一些缺点,然后引出本文的重点HSM (层次状态机)的概念和设计方法。
为了使本文既可以作为设计方法的参考,又可以作为实现方法的参考,本文会给出FSM和HSM的C语言实现。
第2章FSM概念2.1 FSM定义总的来说,有限状态机系统,是指在不同阶段会呈现出不同的运行状态的系统,这些状态是有限的、不重叠的。
这样的系统在某一时刻一定会处于其所有状态中的一个状态,此时它接收一部分允许的输入,产生一部分可能的响应,并且迁移到一部分可能的状态。
2.2 FSM要素2.2.1 State(状态)State(“状态”),就是一个系统在其生命周期中某一时刻的运行情况,此时,系统会执行一些动作,或者等待一些外部输入。
2.2.2 Guard(条件)状态机对外部消息进行响应的时候,除了需要判断当前的状态,还要判断跟这个状态相关的一些条件是否成立。
这种判断称为guard(“条件”)。
guard通过允许或者禁止某些操作来影响状态机的行为。
2.2.3 Event(事件)Event(“事件”),就是在一定的时间和空间上发生的对系统有意义的事情。
2.2.4 Action(动作)当一个Event被状态机系统分发的时候,状态机用Action(“动作”)来进行响应,比如修改一下变量的值、进行输入输出、产生另外一个Event或者迁移到另外一个状态等等。
2.2.5 Transition(迁移)从一个状态切换到另一个状态被称为Transition(“迁移”)。
引起状态迁移的事件被称为triggering event(“触发事件”),或者被简称为trigger(“触发”)。
2.3 FSM图示图2-1用UML描述了一个键盘输入的模型(这个是个假想的模型,只是为了用来说明FSM 图的要素)。
图2-1 Keyboard FSM in UML format 1State用圆角矩形来表示,矩形中会写上state的名字。
Transition用箭头来表示,箭头上会写上Event的名字,可选的后面可以加上“[guard]”或者“/action”。
说明,Initial Transition(“初始状态迁移”)用实心的圆形和箭头来表示。
Initial Transition就是FSM实例启动的时候的最初状态。
每个状态机都应该有这么一个initial transition,其箭头上不应该有Event,因为这个迁移不是由事件触发的,但是箭头上可以写action,比如初始化一些变量或者初始化硬件等等。
Final Transition(“最终状态迁移”)用圆圈实心圆和箭头表示,其意义是FSM实例生命周期的结束。
Internal Transition(“内部状态迁移”)用从自己出发并指向自己的箭头表示,其意义是事件只引起内部动作,不引起状态迁移。
另外,也可以用另一种UML 的画法。
在这种画法中用圆角矩形框加一条横线表示state,矩形框内横线上面写明state 名字,横线下面写internal-transition,如图2-2。
图2-2 Keyboard FSM in UML format 2第3章FSM设计方法下面举2 个例子来讲解一下FSM 的设计方法。
3.1 C Parser(注释分析程序)假如需要设计一个统计.C文件中注释字符的个数的程序,这个程序需要分析出一个.C文件中C风格的注释字符(/*…*/)的个数。
“/*…*/”之外的字符统一认为是code(不考虑“//”作为注释的情况)。
分析如下:(1)首先,我们可以假设一段输入字符,比如:a =b *c / d; /* calc expression is b*c/d. **/(2)因为Event比较清晰,可以先确定下来:CHAR,表示字符。
即除了斜杠和星号之外的所有字符。
SLASH,表示斜杠。
STAR,表示星号。
(3)确定Initial Transition:确定初始状态为code态。
(或者增加一个idle态,根据第一字符再判断。
不过这个例子中不需要,因为不用计算code的个数。
)(4)确定所有的state和transition。
在code态,如果输入是CHAR或者STAR,仍然处于code状态。
当输入SLASH以后,则认为这个SLASH有可能是注释的开始,进入新的状态叫slash。
在slash状态,检查后面的输入是否是STAR,如果是STAR说明这个是注释的开始部分,转入comment 状态,如果是CHAR或者SLASH,则认为前面输入的SLASH和当前输入的字符仍然是code,返回code态。
同样,comment态的思路跟code态类似。
star态的思路跟slash态类似。
图3-1 C comment parser (CParser) FSM3.2 Calc(计算器)程序举例假如需要设计一个四则运算计算器程序,实现“operand1 operator operand2 '='”,operand1可以是整数或者小数或者是上一次的运算结果,operand2是整数或者小数,操作符是“+ - * /”。
另外还要实现辅助键的功能,C键清零,CE(Clear Entry)键取消用户上一次的操作。
界面如图3-2。
图3-2 Basic Calc Example即:1 expression ::= operand1 operator operand2 '='2 operand1 ::= expression | ['+' | '−'] number3 operand2 ::= ['+' | '−'] number4 number ::= {'0' | '1' | ... '9'}* ['.' {'0' | '1' | ... '9'}*]5 operator ::= '+' | '−' | '*' | '/'分析如下:(1)首先,考虑实现最基础的“operand1 operator operand2 '='”,比如实现表达式“1+2=”。
因为状态可以很快确定下来,所以这个例子先考虑状态,再考虑事件。
状态包括:operand1:输入操作数1OpEntered:输入操作符operand2:输入操作数2(2)确定Initial Transition初始状态为operand1 状态。
(3)确定所有的Event和Transition从operand1状态开始分析,这个状态的功能是要保证用户输入有效的操作数。
很明显这个状态需要一些子状态来达到这个目的,但是现在不考虑。
从这个状态离开的触发条件是operator(+ - * /),状态机进入opEntered状态,在这个状态会等待用户输入operand2。
当用户按下数字(0~9)或者小数点,则进入operand2状态。
operand2跟operand1类似。
当用户按下“=”,计算器就会运算并显示计算结果,并回到operand1状态,等待用户下一次输入。
如图3-3 示。
图3-3 Basic Calc FSM(4)进一步分析。
图3-3有个比较大的问题。
当用户按下“=”以后,状态机不能直接切换到operand1,因为这将擦除显示结果。
需要添加另外一个状态“result”,在这个状态计算器会显示计算结果。
在result状态,用户可能会有3种操作:1)用户按下了operator键,同时把第一次运算的结果作为operand1。
2)用户按下Cancel键,重新开始一个计算3)用户按下数字键或者小数点,直接进入operand1状态。
图3-4显示了这种情况。
另外,在此图中,还把信号进行了合并,把“+ - * /”合并为一个信号,称作OPER。
这个技巧很有用,它会简化设计。
图3-4 Basic Calc FSM add “Result”state(5)在图3-4中,Cancel键只会在result状态中处理。
可是实际情况是,用户希望在任何情况都能处理Cancel键。
如图3-5。
图3-5 Basic Calc FSM add “Result”state and Cancel event(6)可是在图3-5中,有个比较不好的事情就是:所有状态都要处理Cancel键,状态机的设计和实现都很繁琐。