第5章 状态机

2023年EDA技术与VHDL第二版（潘松著）课后习题答案下载EDA技术与VHDL第二版（潘松著）课后答案下载第1章 EDA技术概述1.1 EDA技术及其发展1.1.1 EDA技术的发展1.1.2 EDA技术的涵义1.1.3 EDA技术的基本特征1.2 EDA技术的主要内容及主要的EDA厂商1.2.1 EDA技术的主要内容1.2.2 主要EDA厂商概述1.3 EDA技术实现目标1.3.1 超大规模可编程逻辑器件1.3.2 半定制或全定制ASIC1.3.3 混合ASIC1.4 EDA技术应用1.4.1 EDA技术应用形式1.4.2 EDA技术应用场合1.5 EDA技术的发展趋势1.5.1 可编程器件的发展趋势1.5.2 软件开发工具的发展趋势1.5.3 输入方式的发展趋势__小结思考题和习题第2章大规模可编程逻辑器件2.1 可编程逻辑器件概述2.1.1 PLD的'发展进程2.1.2 PLD的种类及分类方法2.2 简单可编程逻辑器件2.2.1 PLD电路的表示方法及有关符号 2.2.2 PROM基本结构2.2.3 PLA基本结构2.2.4 PAL基本结构2.2.5 GAL基本结构2.3 复杂可编程逻辑器件2.3.1 CPLD基本结构2.3.2 Altera公司器件2.4 现场可编程逻辑器件2.4.1 FPGA整体结构2.4.2 Xilinx公司FPGA器件2.5 在系统可编程逻辑器件2.5.1 ispLSl/pLSl的结构2.5.2 Lattice公司ispLSI系列器件 2.6 FPGA和CPLD的开发应用2.6.1 CPLD和FPGA的编程与配置2.6.2 FPGA和CPLD的性能比较2.6.3 FPGA和CPLD的应用选择__小结思考题和习题第3章 EDA设计流程与开发3.1 EDA设计流程3.1.1 设计输入3.1.2 综合3.1.3 适配3.1.4 时序仿真与功能仿真3.1.5 编程下载3.1.6 硬件测试3.2 ASIC及其设计流程3.2.1 ASIC设计方法3.2.2 一般的ASIC设计流程3.3 可编程逻辑器件的开发环境 3.4 硬件描述语言3.5 IP核__小结思考题和习题第4章硬件描述语言VHDL4.1 VHDL概述4.1.1 VHDL的发展历程4.1.2 VHDL的特点4.2 VHDL程序基本结构4.2.1 实体4.2.2 结构体4.2.3 库4.2.4 程序包4.2.5 配置4.3 VHDL基本要素4.3.1 文字规则4.3.2 数据对象4.3.3 数据类型4.3.4 运算操作符4.3.5 VHDL结构体描述方式 4.4 VHDL顺序语句4.4.1 赋值语句4.4.2 IF语句4.4.3 等待和断言语句4.4.4 cASE语句4.4.5 LOOP语句4.4.6 RETIARN语句4.4.7 过程调用语句4.4.8 REPORT语句4.5 VHDL并行语句4.5.1 进程语句4.5.2 块语句4.5.3 并行信号代人语句4.5.4 并行过程调用语句4.5.5 并行断言语句4.5.6 参数传递语句4.5.7 元件例化语句__小结思考题和习题第5章 QuartusⅡ软件及其应用5.1 基本设计流程5.1.1 建立工作库文件夹和编辑设计文件 5.1.2 创建工程5.1.3 编译前设计5.1.4 全程编译5.1.5 时序仿真5.1.6 应用RTL电路图观察器5.2 引脚设置和下载5.2.1 引脚锁定5.2.2 配置文件下载5.2.3 AS模式编程配置器件5.2.4 JTAG间接模式编程配置器件5.2.5 USBBlaster编程配置器件使用方法 __小结思考题和习题第6章 VHDL应用实例6.1 组合逻辑电路设计6.1.1 基本门电路设计6.1.2 译码器设计6.1.3 数据选择器设计6.1.4 三态门设计6.1.5 编码器设计6.1.6 数值比较器设计6.2 时序逻辑电路设计6.2.1 时钟信号和复位信号6.2.2 触发器设计6.2.3 寄存器和移位寄存器设计6.2.4 计数器设计6.2.5 存储器设计6.3 综合实例——数字秒表的设计__小结思考题和习题第7章状态机设计7.1 一般有限状态机7.1.1 数据类型定义语句7.1.2 为什么要使用状态机 7.1.3 一般有限状态机的设计 7.2 Moore型有限状态机设计 7.2.1 多进程有限状态机7.2.2 单进程有限状态机7.3 Mealy型有限状态机7.4 状态编码7.4.1 状态位直接输出型编码 7.4.2 顺序编码7.4.3 一位热码编码7.5 状态机处理__小结思考题和习题第8章 EDlA实验开发系统8.1 GW48型实验开发系统原理与应用8.1.1 系统性能及使用注意事项8.1.2 GW48系统主板结构与使用方法8.2 实验电路结构图8.2.1 实验电路信号资源符号图说明8.2.2 各实验电路结构图特点与适用范围简述8.3 GW48CK/GK/EK/PK2系统信号名与芯片引脚对照表 __小结思考题和习题第9章 EnA技术实验实验一：全加器的设计实验二：4位加减法器的设计实验三：基本D触发器的设计实验四：同步清零计数器的设计实验五：基本移位寄存器的设计串人/串出移位寄存器实验六：同步预置数串行输出移位寄存器的设计实验七：半整数分频器的设计实验八：音乐发生器的设计实验九：交通灯控制器的设计实验十：数字时钟的设计EDA技术与VHDL第二版（潘松著）：内容简介《EDA技术与VHDL》主要内容有Altera公司可编程器件及器件的选用、QuartusⅡ开发工具的使用;VHDL硬件描述语言及丰富的数字电路和电子数字系统EDA设计实例。

状态机设计的一般步骤
设计状态机的一般步骤包括以下几个方面：
1. 确定需求，首先，需要明确状态机的设计目的和应用场景，包括需要处理的输入和产生的输出，以及系统所需的各种状态和状态转换条件。

2. 状态定义，根据需求，确定系统可能具有的各种状态，包括起始状态、中间状态和最终状态，对每个状态进行清晰准确的定义和描述。

3. 事件识别，识别触发状态转换的各种事件，包括外部输入、定时器到期、条件满足等，对每个事件进行详细的描述和分类。

4. 状态转换，确定状态之间的转换条件和转换规则，包括事件触发的条件、转换动作和目标状态，确保状态转换的合理性和完整性。

5. 状态机实现，根据上述设计，进行状态机的实现和编码，可以采用各种编程语言或专门的状态机工具，确保状态机的正确性和
可靠性。

6. 测试验证，对设计的状态机进行全面的测试和验证，包括正常输入、异常输入和边界条件的测试，确保状态机在各种情况下都能正确运行并产生预期的结果。

7. 优化改进，根据测试结果和实际应用情况，对状态机进行优化和改进，包括性能优化、功能扩展和错误修复，确保状态机能够持续稳定地运行。

总之，设计状态机的一般步骤包括需求确定、状态定义、事件识别、状态转换、状态机实现、测试验证和优化改进，通过严谨的设计和实现过程，确保状态机能够准确可靠地反映系统的运行逻辑和行为规则。

数字设计：原理与实践第五版习题答案第一章：数字系统基础1. 哪些数学符号代表布尔逻辑运算？分别代表哪些逻辑操作？布尔逻辑运算包括与（AND）、或（OR）、非（NOT）、异或（XOR）等运算。

它们的对应数学符号表示如下：•与（AND）：$\\cdot$ 或 $\\land$•或（OR）：+或 $\\lor$•非（NOT）：$\\overline{A}$ 或eee•异或（XOR）：$\\oplus$2. 简述数字系统的信号表示和信号处理单元。

数字系统的信号表示使用离散量来表示连续或离散的信号，其中离散量指代具有离散数值的量。

信号处理单元是指对输入信号进行处理和操作的硬件模块，用于实现特定的功能或执行特定的任务。

3. 什么是布尔函数？它可以用哪些方法表示？布尔函数是指以布尔逻辑运算为基础，将一个或多个布尔变量映射为单一布尔值的函数。

布尔函数可以用真值表、逻辑表达式和逻辑图等方法表示。

4. 简述数字系统的设计方法。

数字系统的设计方法包括以下几个步骤：1.确定问题的需求和约束条件。

2.将问题抽象为逻辑功能的实现。

3.设计逻辑电路并进行仿真验证。

4.实现电路设计并进行实验验证。

5.优化电路设计并进行性能评估。

6.完成设计文档和报告。

第二章：组合逻辑电路设计1. 什么是组合逻辑电路？简述其基本特征。

组合逻辑电路是指将组合逻辑块进行组合形成的电路，其输出仅依赖于当前的输入。

它的基本特征包括：•输入输出之间无时序关系。

•只有组合逻辑块，没有存储元件。

•输出仅取决于当前输入。

2. 简述逻辑门的功能和特点。

逻辑门是实现布尔逻辑运算的基本构件，其功能和特点如下：•与门（AND）：多个输入信号全部为高时，输出高；否则输出低。

•或门（OR）：多个输入信号有一个为高时，输出高；否则输出低。

•非门（NOT）：输入信号为高时，输出低；否则输出高。

•异或门（XOR）：多个输入信号中奇数个为高时，输出高；否则输出低。

3. 什么是选择器和解码器？选择器是一种组合逻辑电路，根据选择信号将一组输入信号中的某一个作为输出。

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缩略语名称描述StateMachineFSM FiniteHSM Hierarchical State MachineOOP Object Oriented ProgrammingUML Unified Modeling LanguageLSP Liskov Substitution PrinciplePoC push to talk over cellular目录第1章引言................................................................................................................................................1-1第2章 FSM概念......................................................................................................................................2-12.1 FSM定义.........................................................................................................................................2-12.2 FSM要素.........................................................................................................................................2-12.2.1 State(状态)......................................................................................................................2-12.2.2 Guard(条件)......................................................................................................................2-12.2.3 Event(事件)......................................................................................................................2-12.2.4 Action(动作)....................................................................................................................2-12.2.5 Transition（迁移）.......................................................................................................2-22.3 FSM图示.........................................................................................................................................2-2 第3章 FSM设计方法..............................................................................................................................3-13.1 C Parser(注释分析程序)..................................................................................................................3-13.2 Calc(计算器)程序举例.....................................................................................................................3-2 第4章 HSM概念......................................................................................................................................4-14.1 programming-by-difference（按照差异编程）..............................................................................4-14.2 HSM图示.........................................................................................................................................4-14.3 HSM分析和OOP分析...................................................................................................................4-24.3.1 state inheritance and class inheritance（状态层次和类层次）..........4-24.3.2 Entry/Exit Actions and Construction/Destruction(进入/退出状态和构造/析构类).............................................................................................................................................4-34.3.3 programming-by-difference（按照差异编程）....................................................................4-34.3.4 abstraction(抽象)........................................................................................................4-4 第5章 HSM设计方法..............................................................................................................................5-15.1继续进行Calc设计......................................................................................................................5-15.2继承关系是否合理.........................................................................................................................5-35.2.1 Transition迁移执行顺序..............................................................................................5-4 第6章 HSM在实际工程的应用..............................................................................................................6-66.1 PoC Audio Player..............................................................................................................................6-66.2 PoC Call Control...............................................................................................................................6-7 第7章 FSM实现......................................................................................................................................7-17.1 nestted switch statement（嵌套switch）........................................................................................7-17.2 state table(状态表)................................................................................................................7-2-i-7.3 Function Address As State(用函数指针作为状态).....................................................7-37.4 QFSM frame(QFSM框架)..........................................................................................................7-5 第8章 HSM实现......................................................................................................................................8-1第9章附录 (1)-ii-图目录图2-1 Keyboard FSM in UML format 1...............................................................................................2-2 图2-2 Keyboard FSM in UML format 2...............................................................................................2-3 图3-1 C comment parser (CParser) FSM..............................................................................................3-2 图3-2 Basic Calc Example....................................................................................................................3-3 图3-3 Basic Calc FSM..........................................................................................................................3-4 图3-4 Basic Calc FSM add “Result” state............................................................................................3-5 图3-5 Basic Calc FSM add “Result” state and Cancel event................................................................3-6 图3-6 Simple Calc HSM.......................................................................................................................3-7 图 4-2 HSM conception.........................................................................................................................4-2 图5-1 substate of operandX..................................................................................................................5-1 图5-2 Full Calc HSM............................................................................................................................5-3 图5-3 State Tree of Calc.......................................................................................................................5-5 图 6-1 HSM of audio Player..................................................................................................................6-7 图6-2 HSM of Call Control..................................................................................................................6-8-i-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。

第五章-信息系统⼯程1-软件⼯程1.1-架构设计1.软件架构为软件系统提供了一个结构、行为和属性的高级抽象，由构件的描述，构件的相互作用（连接体）、指导构件集成的模式以及这些模式的约束组成。

2.软件架构主要研究内容涉及软件架构描述、软件架构风格。

软件架构评估和软件架构的形式化方法等。

3.研究软件架构的根本目的是解决好软件的复用、质量和维护问题。

4.软件架构设计的一个核心问题是能否达到架构级的软件复用，也就是说，能否在不同的系统中使用同一个架构软件。

软件架构风格是描述某一个特定应用领域找那个系统组织方式的惯用模式。

5.通用软件架构：数据流风格、调用/返回风格、独立构件风格、虚拟机风格和仓库风格。

6.数据流风格：包括批处理序列和管道/过滤器两种风格。

7.调用/返回风格包括主程序/子程序、数据抽象和面向对象，以及层次结构。

8.独立构件风格包括进程通信和事件驱动的系统9.虚拟机⻛格包括解释器和基于规则的系统。

10.仓库⻛格包括数据库系统、⿊板系统和超⽂本系统。

11.在架构评估过程中，评估⼈员所关注的是系统的质量属性。

1.2-需求分析1.虚拟机⻛格包括解释器和基于规则的系统。

需求是多层次的，包括业务需求、⽤户需求和系统需求，这三个不同层次从⽬标到具体，从整体到局部，从概念到细节。

2.业务需求：指反映企业或客户对系统⾼层次的⼀个⽬标追求，通常来⾃项⽬投资⼈、购买产品的客户、客户单位的管理⼈员、市场营销部⻔或产品策划部⻔等。

3.⽤户需求：描述的是⽤户的具体⽬标，或者⽤户要求系统能完成的任务，⽤户需求描述了⽤户能让系统来做什么。

4.系统需求：是指从系统的⻆度来说明软件的需求，包括功能需求，⾮功能需求和设计约束。

5.质量功能部署QFD是⼀种将⽤户要求转化成软件需求的技术，其⽬的是最⼤限度地提升软件⼯程过程中⽤户的满意度。

为了达到这个⽬标，QFD将需求分为三类，分别是常规需求、期望需求和意外需求。

6.需求过程主要包括需求获取、需求分析、需求规格说明书编制、需求验证与确认等。

课程介绍：先修课程：《数字电子技术》--学习了数字电路的基本设计方法。

本课程：《数字逻辑系统设计》--面向实际工程应用，紧跟技术发展，掌握数字系统新的设计方法。

主要学习可编程逻辑器件原理、VHDL硬件描述语言基础、QUARTUSII工具使用。

后续课程：1、《数字信号处理》--应用的一个方面，由FPGA代替DSP来实现算法，提高系统的速度。

2、《SOPC技术》--SOPC Builder 的NIOS嵌入式系统软硬件设计技术课程宗旨:1、更新数字电路的设计观念，建立用PLD器件取代传统TTL器件设计数字电路的思想2、更新数字系统设计手段，学会使用硬件描述语言（Hardware 2、Description Language）代替传统的数字电路设计方法来设计数字系统。

器件为什么能够编程？了解大规模可编程逻辑器件的结构及工作原理（第2章内容）怎样对器件编程？1、熟悉一种EDA软件的使用方法（工具）（以Altera公司的QUARTUSII为例）2、掌握一种硬件描述语言（方法），以设计软件的方式来设计硬件（重点）（以VHDL语言为例）教学安排：总学时数：78 学时理论课时：54 学时实验课时：24 学时分数：5 学分考核方式：1、成绩（20%）：考勤、课堂纪律、回答问题、作业2、成绩（20%）：实验操作、实验报告3、笔试（60%）：闭卷考试选用教材：《EDA技术与VHDL（第2版）》潘松、黄继业编著，清华大学出版社参考教材：1、《VHDL程序设计教程（第3版）》，曾繁泰，清华大学出版社2、《VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计》，侯伯亨、顾新，西安电子科技大学出版社3、《FPGA/VHDL快速工程实践入门与提高》，杨恒、卢飞成，北京航空航天大学出版社4、《集成电路/计算机硬件描述语言VHDL高级教程》，刘明业，清华大学出版社5、《用VHDL设计电子线路》，边计年、薛宏熙译，清华大学出版社本书重点：1、章 PLD硬件特性与编程技术2、第3章 VHDL基础3、第4章 Quartus II 使用方法4、第7章 VHDL语句5、第8章 VHDL结构本书难点：1、第2章 PLD硬件特性与编程技术2、第5章 VHDL状态机3、第6章 16位CISC CPU设计4、第9、10章 DSP Builder设计数字电子技术回顾布尔函数－－数字系统数学基础（卡诺图）数字电路设计的基本方法：（提问）1、组合电路设计：问题逻辑关系真值表化简逻辑图2、时序电路设计：列出原始状态转移图和表状态优化状态分配触发器选型求解方程式逻辑图3、使用中、小规模器件设计电路（74、54系列）编码器（74LS148）、译码器（74LS154）、比较器（74LS85）计数器（74LS193）、移位寄存器（74LS194）………设计方法的局限（提问）1、卡诺图只适用于输入比较少的函数的化简。