状态机
来源:互联网 发布:卧蚕阿姨 淘宝店 编辑:程序博客网 时间:2024/05/14 11:08
参考:http://blog.163.com/taofenfang_05/blog/static/6421409320118136542679/
一、定义
即 状态转移图。就是状态在不同的条件下跳转到自己或不同状态的图。
1.它是一个有向图形,由一组节点和一组相应的转移函数组成。
2.状态机通过响应一系列事件而“运行”。每个事件都在属于“当前” 节点的转移函数的控制范围内,其中函数的范围是节点的一个子集。函数返回“下一个”(也许是同一个)节点。
3.这些节点中至少有一个必须是终态。当到达终态, 状态机停止。
举个例子:
人有三个状态健康,感冒,康复中。触发的条件有淋雨(t1),吃药(t2),打针(t3),休息(t4)。所以状态机就是健康-(t3)-〉健康;健康-(t1)-〉感冒;感冒-(t3)->健康;感冒-(t2)-〉康复中;康复中-(t4)-〉健康。等等。
二、种类
第一类,若输出只和状态有关而与输入无关,则称为Moore状态机:
第二类,输出不仅和状态有关而且和输入有关系,则称为Mealy状态机。
要特别注意的是,因为Mealy状态机和输入有关,输出会受到输入的干扰,所以可能会产生毛刺(Gitch)现象,使用时应当注意。
事实上现在市面上有很多EDA工具可以很方便的将采用状态图的描述转换成可以综合的VHDL程序代码。
1.在有限状态机中,会有有许多变量,例如,状态 机有很多与动作(actions)转换(Mealy机)或状态(摩尔机)关联的动作,多重起始状态,基于没有输入符号的转换,或者指定符号和状态(非定有 限状态机)的多个转换,指派给接收状态(识别者)的一个或多个状态,等等。
2. 传统应用程序的控制流程基本是顺序的:遵循事先设定的逻辑,从头到尾地执行。很少有事件能改变标准执行流程;而且这些事件主要涉及异常情况。“命令行实用程序”是这种传统应用程序的典型例子。 3. 另一类应用程序由外部发生的事件来驱动——换言之,事件在应用程序之外生成,无法由应用程序或程序员来控制。具体需要执行的代码取决于接收到的事件,或者它 相对于其他事件的抵达时间。所以,控制流程既不能是顺序的,也不能是事先设定好的,因为它要依赖于外部事件。事件驱动的GUI应用程序是这种应用程序的典 型例子,它们由命令和选择(也就是用户造成的事件)来驱动。 4. Web应用程序由提交的表单和用户请求的网页来驱动,它们也可划归到上述类别。但是,GUI应用程序对于接收到的事件仍有一定程度的控制,因为这些事件要依赖于向用户显示的窗口和控件,而窗口和控件是由程序员控制的。Web应用 程序则不然,因为一旦用户采取不在预料之中的操作(比如使用浏览器的历史记录、手工输入链接以及模拟一次表单提交等等),就很容易打乱设计好的应用程序逻辑。 显然,必须采取不同的技术来处理这些情况。它能处理任何顺序的事件,并能提供有意义的响应——即使这些事件发生的顺序和预计的不同。有限状态机正是为了满足这方面的要求而设计的。 有限状态机是一种概念性机器,它能采取某种操作来响应一个外部事件。具体采取的操作不仅能取决于接收到的事件,还能取决于各个事件的相对发生顺序。之所以能 做到这一点,是因为机器能跟踪一个内部状态,它会在收到事件后进行更新。为一个事件而响应的行动不仅取决于事件本身,还取决于机器的内部状态。另外,采取 的行动还会决定并更新机器的状态。这样一来,任何逻辑都可建模成一系列事件/状态组合。即现态、条件、动作、次态。这样的归纳,主要是出于对状态机的内在因果关系的考虑。“现态”和“条件”是因,“动作”和“次态”是果。详解如下:
①现态:是指当前所处的状态。 ②条件:又称为“事件”,当一个条件被满足,将会触发一个动作,或者执行一次状态的迁移。 ③动作:条件满足后执行的动作。动作执行完毕后,可以迁移到新的状态,也可以仍旧保持原状态。动作不是必需的,当条件满足后,也可以不执行任何动作,直接迁移到新状态。 ④次态:条件满足后要迁往的新状态。“次态”是相对于“现态”而言的,“次态”一旦被激活,就转变成新的“现态”了。四、两种写法
1.有限状态机
思想广泛应用于硬件控制电路设计,也是软件上常用的一种处理方法(软 件上称为FMM--有限消息机)。
它把复杂的控制逻辑分解成有限个稳定状态,在每个状态 上判断事件,变连续处理为离散数字处理,符合计算机的工作特点。同时,因为有限状 态机具有有限个状态,所以可以在实际的工程上实现。但这并不意味着其只能进行有限 次的处理,相反,有限状态机是闭环系统,有限无穷,可以用有限的状态,处理无穷的 事务。
2.Moore状态机
其Moore状态图如图1所示。
S0/0S1/1S3/0S2/100110011 其中S0/0所代表的意思为现在是状态S0且输出为0,状态图最主要是将每个状态都给予一个编号,详细描述如下: 1) 在某状态时,列出所有的输出条件。 2) 在某状态时,当输入信号是什么则会跳至哪一个状态。 3) 在某状态时,当输入信号是什么则会维持原状态不变。 可以将图1的Moore状态机写成状态表如表1. 表1 Moore状态表 状态次态输出X=0X=1S0S0S10S1S1S21S2S3S00S3S0S30状态表主要描述它与状态图的关系,再设计状态机电路是,需要先定义状态机的变量,定义状态机的变量时使用枚举类型来定义,如下范例所示: Type State is (S0,S1,S2,S3) 接下来,状态会被加以编码。其状态编码方式如下: (1) 时序编码(Sequential) 将每个状态以二进制来做编码。 (2) 格雷码 (Gray) 也是将四个State以二进制来编码,不过不同的是每次编码只会差一个位,其主要缺点是状态改变是要依序改变才可以,若状态不是依序是,则Gray编码不适用。 (3) 独热码(One hot) 独热码状态编码的特色为每一个状态均有自己的触发器,所以若有N个状态就也存在有N个触发器,在任一时刻只会有一组状态编码,缺点是会产生较大的电路,但是相对的使用独热码状态编码对帧错相当有帮助。
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