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  • 有限状态机设计的一般步骤: (1)逻辑抽象,得出状态转换图。 就是把给出的一个实际逻辑关系表示为时序逻辑函数,可以用状态转换表来描述,也可以用状态转换图来描述。这就需要: 1)分析给定的逻辑问题,确定...

    有限状态机的设计的一般步骤:

    (1)逻辑抽象,得出状态转换图。 就是把给出的一个实际逻辑关系表示为时序逻辑函数,可以用状态转换表来描述,也可以用状态转换图来描述。这就需要:

    1)分析给定的逻辑问题,确定输入变量、输出变量以及电路的状态数。通常是取原因(或条件)作为输入变量,取结果作为输出变量。

    2)定义输入、输出逻辑状态的含意,并将电路状态顺序编号。

    3)按照要求列出电路的状态转化表或画出状态图。

    这样,就把给定的逻辑问题抽象到一个时序逻辑函数了。

     

    (2)状态简化。 如果在状态转换图中出现这样两个状态,它们在相同的的输入下转换到同一状态去,并得到一样的输出,则称为等价状态。显然等价状态是重复的,可以合并为一个。电路的状态数越少,存储电路也就越简单。状态化简的目的就在于将等价状态尽可能地合并,以得到最简状态图。

     

    (3)状态分配。 状态分配又称状态编码。通常有很多编码方法,编码方案选择得当,设计的电路可以简单,反之,选择的不好,则设计的电路就会复杂的多。在实际设计中,须综合考虑电路的复杂度与电路性能之间的折衷。在触发器资源丰富的FPGA设计中,采用独热码既可以使电路性能得到保障又可以充分利用其触发器数量多的优势,也可以采用输出编码的状态指定来简化电路结构,并提高状态机的运行速度。

     

    (4)选定触发器的类型并求出状态方程、驱动方程和输出方程。

     

    (5)按照方程得出逻辑图。 用Verilog来描述有限状态机,可以充分发挥硬件描述语言的抽象建模能力,使用always块语句和case(if)等条件语句及赋值语句即可方便实现。

    转载于:https://www.cnblogs.com/CXATG/archive/2012/07/17/2594949.html

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  • verilog之状态机详细解释(二)

    千次阅读 2019-07-14 15:46:22
    一、有限状态机设计的一般步骤: 1) 逻辑抽象,得出状态转换图 就是把给出的一个实际逻辑关系表示为时序逻辑函数,可以用状态转换表来描述,也可以用状态转换图来描述。这就需要: • 分析给定的逻辑问题,确定...

    一、有限状态机设计的一般步骤:

    1) 逻辑抽象,得出状态转换图


    就是把给出的一个实际逻辑关系表示为时序逻辑函数,可以用状态转换表来描述,也可以用状态转换图来描述。这就需要:
    • 分析给定的逻辑问题,确定输入变量、输出变量以及电路的状态数。通常是取原因(或条件)作为输入变量,取结果作为输出变量。
    • 定义输入、输出逻辑状态的含意,并将电路状态顺序编号。
    • 按照要求列出电路的状态转换表或画出状态转换图。这样,就把给定的逻辑问题抽象到一个时序逻辑函数了。


    2) 状态化简


    如果在状态转换图中出现这样两个状态,它们在相同的输入下转换到同一状态去,并得到一样的输出,则称它们为等价状态。显然等价状态是重复的,可以合并为一个。电路的状态数越少,存储电路也就越简单。状态化简的目的就在于将等价状态尽可能地合并,以得到最简的状态转换图。


    3) 状态分配


    状态分配又称状态编码。通常有很多编码方法,编码方案选择得当,设计的电路可以简单,反之,选得不好,则设计的电路就会复杂许多。实际设计时,需综合考虑电路复杂度与电路性能之间的折衷,在触发器资源丰富的FPGA或ASIC设计中采用独热编码(one-hot-coding)既可以使电路性能得到保证又可充分利用其触发器数量多的优势。


    4) 选定触发器的类型并求出状态方程、驱动方程和输出方程。
    5) 按照方程得出逻辑图

    二、可综合状态机知道原则

    因为大多数FPGA内部的触发器数目相当多,又加上独热码状态机(one hot state machine)的译码逻辑最为简单, 所以在设计采用FPGA实现的状态机时往往采用独热码状态机(即每个状态只有一个寄存器置位的状态机)。
    建议采用case,casex,或casez语句来建立状态机的模型, 因为这些语句表达清晰明了,可以方便地从当前状态分支转向下一个状态并设置输出。

    不要忘记写上case语句的最后一个分支default,并将状态变量设为'bx,这就等于告知综合器:case语句已经指定了所有的状态,这样综合器就可以删除不需要的译码电路,使生成的电路简洁,并与设计要求一致。

    如果将缺省状态设置为某一确定的状态(例如:设置default:state = state1)行不行呢?

    回答是这样做有一个问题需要注意。因为尽管综合器产生的逻辑和设置default:state='bx时相同,但是状态机的Verilog HDL模型综合前和综合后的仿真结果会不一致。为什么会是这样呢?

    因为启动仿真器时,状态机所有的输入都不确定,因此立即进入default状态,这样的设置便会将状态变量设为state1,但是实际硬件电路的状态机在通电之后,进入的状态是不确定的,很可能不是state1的状态,因此还是设置default: state='bx与实际情况相一致。

    但在有多余状态的情况下还是应将缺省状态设置为某一确定的有效状态,因为这样做能使状态机若偶然进入多余状态后还能在下一时钟跳变沿时返回正常工作状态,否则会引起死锁。

    状态机应该有一个异步或同步复位端,以便在通电时将硬件电路复位到有效状态,也可以在操作中将硬件电路复位(大多数FPGA结构都允许使用异步复位端)。

    目前大多数综合器往往不支持在一个always块中由多个事件触发的状态机(即隐含状态机,implicit state machines), 为了能综合出有效的电路,用Verilog HDL描述的状态机应明确地由唯一时钟触发。

    目前大多数综合器不能综合采用Verilog HDL描述的异步状态机。异步状态机是没有确定时钟的状态机,它的状态转移不是由唯一的时钟跳变沿所触发。


    千万不要使用综合工具来设计异步状态机。 因为目前大多数综合工具在对异步状态机进行逻辑优化时会胡乱地简化逻辑,使综合后的异步状态机不能正常工作。 如果一定要设计异步状态机,我们建议采用电路图输入的方法,而不要用Verilog HDL输入的方法。

     

    什么是同步状态机什么是异步状态机?

    同步状态机:同步状态机的时钟是由同一时钟产生的,通过特殊设计的全局时钟网络将唯一的时钟连接到每个触发器的时钟端,使得时钟沿到达每个触发器时钟端的时刻几乎完全相同。

    异步状态机:异步状态机没有确定的时钟,它的状态转移不是由唯一的时钟跳变沿所触发。

     

     

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  • 1、PLD器件的设计步骤  1.1.电路逻辑功能描述  PLD器件逻辑功能描述一般分为原理图描述和硬件描述语言描述,原理图...其支持布尔方程、真值表、状态机等逻辑描述,适用于计数器、译码器、运算电路、比较器等逻
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  • 有限状态机设计一般步骤:1、逻辑抽象,得出状态转换图;2、状态化简;3、状态分配;4、选定触发器类型并求出状态方程、驱动方程和输出方程;5、按照方程得出逻辑图。 1、“111”序列检测器(米...

    一、状态机总结

    状态机分为两种

    一种称为Mealy状态机,它的时序逻辑输出不但取决于状态还取决于输入;

    另外一种称为Moore状态机,它的输出只取决于当前的状态。实际的设计工作中大部分都是Mealy状态机。

    有限状态机设计一般步骤:1、逻辑抽象,得出状态转换图;2、状态化简;3、状态分配;4、选定触发器的类型并求出状态方程、驱动方程和输出方程;5、按照方程得出逻辑图。

    1、“111”序列检测器(米里型)

    module fsm111 ( clk,rst,x,z)  ;
    input  clk,rst,x;  output  reg z ;
    reg[1:0]  state;
    parameter  s0=2’b00,s1=2’b01,s2=2’b11;//状态转换图在心中,哈哈
    
    always@(posedge clk or negedge rst)
      begin  if(!rst)  state<=s0;
             else  case(state)
             s0:begin  if(x)  state<=s1 ; 
                      else  state<=s0 ; end
             s1:begin  if(x)  state<=s2; 
                      else  state<=s0 ; end
    s2:begin  if(x)  state<=s2 ; 
                      else  state<=s0 ; end
            defualt : state<=s0;
            
    always @(state)
    begin  case(state)
            s2: begin  if(x)  z=1’b1;
                      else  z=1’b0; 
    defualt : z=1’b0;
     end
    endmodule
    
    

    2、“101”序列检测器(摩尔型)

    module fsm101 ( clk,rst,x,z)  ;
    input  clk,rst,x;  output  reg z ;
    reg[1:0]  state,next_state;
    parameter  s0=2’b00,s1=2’b01,s2=2’b11,s3=2’b10;//状态编码,采用格雷码
    
    always@(posedge clk or negedge rst)
           begin   if(!rst)   state<=s0;
                 else      state<=next_state;
           end
           
    always(state or x)
    begin
    case(state)
             s0:begin  if(x)  next_state<=s1 ; 
                      else  next_state<=s0 ; end
             s1:begin  if(x)  next_state<=s1; 
                      else  next_state<=s2 ; end
    s2:begin  if(x)  next_state<=s3 ; 
                      else  next_state<=s0 ; end
    s3:begin  if(x)  next_state<=s1 ; 
                      else  next_state<=s2 ; end
            default :   state<=s0;
    endcase
    end
    
    always @(state)
    begin  case(state)
            s3:      z=1’b1;
            default:  z=1’b0; 
    endcase
    end
    endmodule
    
    

    3、“1001”序列检测器

    module fsm1001 ( clk,clr,x,z)  ;
    input  clk,clr,x;  output  reg z ;
    reg[1:0]  state;
    parameter  s0=2’b00,s1=2’b01;
    parameter s2=2’b11,s3=2’b10;
    
    always @(posedge clk or posedge clr)
    begin  if(clr)  state<=s0;
    else  case(state)
    s0:begin  if(x) state<=s1 ; 
    else  state<=s0 ; end
    s1:begin  if(x) state<=s1; 
    else  state<=s2 ; end
    s2:begin  if(x) state<=s1 ; 
    else  state<=s3 ; end
     s3:begin  if(x) state<=s1; 
    else  state<=s0 ; end
    defualt : state<=s0;
    
    always  @(state)
    begin  case(state)
    s3: begin  if(x)  z=1’b1;
    else  z=1’b0; 
    defualt : z=1’b0;
     end
    endmodule
    
    

    二、Gray码基本概念

    1、格雷码概念
    在一组数的编码中,若任意两个相邻的代码只有一位二进制数不同,则称这种编码为格雷码;另外由于最大数与最小数之间也仅一位数不同,即“首尾相连”,因此又称循环码或反射码;

    2、优点:
    若采用8421码,则数0111变到1000时四位均要变化,而在实际电路中,4位的变化不可能绝对同时发生,则计数中可能出现短暂的其它代码(1100、1111等)。在特定情况下可能导致电路状态错误或输入错误,使用格雷码可以避免这种错误。

    3.Gray码的编码形式(我们讨论四位Gray码,二位三位方法相同)

    十进制数 4位二进制码 四位典型Gray码
    0 0000 0000
    1 0001 0001
    2 0010 0011
    3 0011 0010
    4 0100 0110
    5 0101 0111
    6 0110 0101
    7 0111 0100
    8 1000 1100
    9 1001 1101
    10 1010 1111
    11 1011 1110
    12 1100 1010
    13 1101 1011
    14 1110 1001
    15 1111 1000
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  • PLD设计方法及步骤

    2021-01-19 22:31:39
    1、PLD器件的设计步骤  1.1.电路逻辑功能描述  PLD器件逻辑功能描述一般分为原理图描述和硬件描述语言描述,原理...其支持布尔方程、真值表、状态机等逻辑描述,适用于计数器、译码器、运算电路、比较器等逻辑功
  • 我们知道,WF包含两种类型工作流:顺序工作流和状态机工作流。顺序工作流提供了一系列有组织的步骤一般情况下,步骤是逐一执行。可能有的步骤需要等待某些事件发生才可以继续执行,但通常情况下顺序工作流...

    概述

    工作流是对业务流程的建模,当我们设计工作流的时候,我们首先要分析业务处理过程中要经历的步骤。然后,我们就可以利用WF创建工作流模型来模拟业务的处理过程。

    我们知道,WF包含两种类型的工作流:顺序工作流和状态机工作流。顺序工作流提供了一系列有组织的步骤,一般情况下,步骤是逐一执行的。可能有的步骤需要等待某些事件的发生才可以继续执行,但通常情况下顺序工作流一般用于无需人工干预的操作。

    状态机工作流提供了一系列的状态。工作流从初始状态开始,到终止状态结束。两个状态之间定义行为进行过渡。通常情况下,状态机工作流对事件作出反应,事件的发生将会使状态发生改变。

    在线诊断的业务流程图

    image

        

     

    现在来看WF 状态设计图

    image

     

    new workflow的序例图如下

    1

     

    WF workflow 传值方式

        public sealed partial class CTDiagnosis : StateMachineWorkflowActivity
        {
            private WorkFlowActivityEntity internalMyActivityData;
    
            public WorkFlowActivityEntity MyActivityDataProperty
            {
                get { return internalMyActivityData; }
                set { internalMyActivityData = value; }
            }
    
            public CTDiagnosis()
            {
                InitializeComponent();
            }
    
            private void handleManagerSendBackEvent_Invoked(object sender, ExternalDataEventArgs e)
            {
                LocalEventArgs localEventArgs = (LocalEventArgs)e;
                internalMyActivityData.GotoCondition = localEventArgs.WorkFlowActivityEntityProperty.GotoCondition;
            }
        }

     

     

     

    获取workflow处理器

     /// <summary>
            /// 获取workflow处理器
            /// </summary>
            public static WorkflowRuntime CurrentWorkflowRuntime
            {
                get
                {
                    if (workflowRuntime == null)
                    {
                        workflowRuntime = new WorkflowRuntime();
                        //加载通讯服务
                        ExternalDataExchangeService dataService = new ExternalDataExchangeService();
                        workflowRuntime.AddService(dataService);
                        localService = new LocalService.LocalService();
                        dataService.AddService(localService);
    
                        //加载持久化服务
                        string connStr = System.Configuration.ConfigurationManager.AppSettings["WF.PersistenceDB.ConnectionString"].ToString();
                        SqlWorkflowPersistenceService WorkflowPersistenceService =
                            new SqlWorkflowPersistenceService(connStr);
                        //bool unloadOnIdle = false;
                        //TimeSpan instanceOwnershipDuration = new TimeSpan(0, 0, 3);
                        //TimeSpan loadingInterval = new TimeSpan(0, 0, 1);
                        //SqlWorkflowPersistenceService WorkflowPersistenceService =
                        //     new SqlWorkflowPersistenceService(connStr, unloadOnIdle, instanceOwnershipDuration, loadingInterval);
                        //NameValueCollection parms = new NameValueCollection();
                        //parms.Add("UnloadOnIdle", "true");
                        //parms.Add("ConnectionString", connStr);
                        //SqlWorkflowPersistenceService WorkflowPersistenceService =
                        //    new SqlWorkflowPersistenceService(parms);
                        workflowRuntime.AddService(WorkflowPersistenceService);
    
                        //相应流程事件
                        workflowRuntime.WorkflowIdled += OnWorkflowIdled;
                        workflowRuntime.WorkflowStarted += OnWorkflowStarted;
                        workflowRuntime.WorkflowTerminated += OnWorkflowTerminated;
                        workflowRuntime.WorkflowCompleted += OnWorkflowCompleted;
    
    
                        加载跟踪服务
                        //SqlTrackingService sqlTrackingService = new SqlTrackingService(DBAccess.connectionString);
                        //sqlTrackingService.IsTransactional = false;
                        //workflowRuntime.AddService(sqlTrackingService);
    
                        workflowRuntime.StartRuntime();
    
                    }
    
                    return workflowRuntime;
                }
            }

     

     

    Runtime 服务

    WorkflowRuntime类仅仅提供了执行工作流的基本功能,之前我们提到的一些重要功能(比如跟踪工作流)则可以通过WorkflowRuntime提供的扩展性机制-AddService方法来实现.

    AddService允许我们向Runtime中添加可用的服务.这些服务可以是我们为特定领域编写的自定义服务,也可以是WF中内置的服务.

    调度服务 Scheduling Services

    调度服务用来控制Runtime执行工作流所需要的线程.

    DefaultWorkflowSchedulerService会创建新的线程来执行工作流.因为工作流和宿主应用程序的线程是分开的,所以工作流是异步执行的并且不会阻止任何应用程序的线程.我们还可以配置允许同时执行的工作流最大数量.

    当宿主应用程序可以转让线程给工作流Runtime时可以使用另外一个调度服务-ManualWorkflowSchedulerService.对服务器端应用程序(比如ASP.NET Web应用程序和Web Service)而言,把线程转让给Runtime非常有用.服务器端应用程序通常的做法是为每个客户端请求的服务创建线程.而宿主应用程序把线程”借给”WF Runtime的意义在于可以让Runtime在每个请求的线程上同步地执行工作流,而不是为每个请求创建两个线程.

    和Windows Worklow的所有服务一样,如果内置的服务不能满足你的需求,你可以定义你自己的调度服务.

    事务服务 Transaction Services

    事务服务允许Runtime保持位于工作流内部和持久存储器(durable store)中的状态的一致性.默认的事务服务是DefaultWorkflowTransactionService类的实例.正在运行的工作流进程中的活动和此服务共享相同的进程和相同的事务上下文.

    WF依靠.NET中的System.Transactions名称空间来实现事务机制. Transactions类提供一个轻量级的, auto-enlisting并且可提升的事务.事务像本地事务一样启动,然后Runtime可以根据需要把它提升为重量级的分布式事务.

    持久化服务 Persistence Services

    持久化服务负责把工作流状态保存到持久储存器.SqlWorkflowPersistenceService会把工作流状态保存到SQL Server数据库.长时间运行的工作流需要持久化服务,因为我们不能让处理订货单的工作流在内存里驻留30天直到客户支付才从内存中卸载.相反,Runtime应该保持工作流的状态到持久存储器中,并且把工作流实例从内存中卸载.在这30天中,Runtime可以重新加载工作流实例并恢复运行.当持久化服务启用时,WF Runtime会自动保持工作流空闲或者暂停等状态.

    SqlWorkflowPersistenceService支持SQL Server 2000以及更高版本(还包括免费的MSDE和Express版).当然,我们还需要一个数据库架构来让持久化服务知道如何去保存工作流状态,这部分内容将在后面的章节详述.

    跟踪服务 Tracking Services

    当调度服务选择了工作流运行的线程之后,跟踪服务就会负责监视并记录工作流的执行信息.跟踪服务使用Tracking Profile来通知Runtime它需要的工作流信息的类型.跟踪服务还可以打开跟踪频道(Tracking Channel)来接收事件和数据.WF包含一个SqlTrackingService类,这个类可以将跟踪数据存储到SQL Server数据库.跟踪服务将使用事务服务来确保工作流的跟踪数据与被跟踪工作流的状态一致.默认Runtime不会启动跟踪服务,但我们可以用编程的方式添加跟踪服务(或使用应用程序配置文件配置跟踪服务).

     

    获取workFlow的模板

            /// <summary>
            /// 获取workFlow的模板
            /// </summary>
            /// <param name="workFlowName"></param>
            /// <returns></returns>
            private Type GetWorkFlowType(string workFlowName)
            {
                Type wfType = null;
                if (workFlowName.Equals("Diagnosis", StringComparison.OrdinalIgnoreCase))
                    wfType = typeof(CTDiagnosis);
                return wfType;
            }

     

     

    获取workflow 的实例ID

            /// <summary>
            /// 获取workflow 的实例ID
            /// </summary>
            /// <param name="workflowName"></param>
            /// <param name="startParameter"></param>
            /// <returns></returns>
            public Guid NewWorkflow(string workflowName, object startParameter)
            {
                Dictionary<string, object> inputParameters = new Dictionary<string, object>();
                inputParameters.Add("MyActivityDataProperty", startParameter);
     
                //启动一个新的工作流
                WorkflowInstance workflowInstance = CurrentWorkflowRuntime.CreateWorkflow(GetWorkFlowType(workflowName), inputParameters);
                workflowInstance.Start();
    
                //重新从持久化数据库中加载工作流,这是必须的,否则GetLoadedWorkflows无法获得新加入的流程。
                CurrentWorkflowRuntime.GetWorkflow(workflowInstance.InstanceId);
                //ReloadWorkflow();
    
                return workflowInstance.InstanceId;
            }

     

     

    获取workflow的状态

            /// <summary>
            /// 获取workflow的状态
            /// </summary>
            /// <param name="instanceId"></param>
            /// <returns></returns>
            public string GetInstanceStateByInstanceId(Guid instanceId)
            {
                string strStatus = "";
                StateMachineWorkflowInstance smwi = new StateMachineWorkflowInstance(WorkflowMgr.CurrentWorkflowRuntime, instanceId);
                strStatus = smwi.CurrentStateName;
                return strStatus;
            }

     

     

    总结

    状态机工作流的持久化很重要,要不workflow重启时,得不到正确的状态.

     

     

    参考文献

    《WF编程》系列之4 - 漫游工作流:Widows Workflow Runtime及其服务   http://www.cnblogs.com/xiaoshatian/archive/2007/03/30/693687.html

     

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    作者:spring yang

    出处:http://www.cnblogs.com/springyangwc/

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状态机设计的一般步骤