ПЦУСБ/Лабораторная работа 3

Ссылки сюда (27) →

Лекции ПЦУСБ

• Чеклист

---

Лекции

Лекция 1 Лекция 2 Лекция 3 Лекция 4

Лекция 5 Лекция 6 Лекция 7 Лекция 8

---

Практические

• Практическая работа 1
• Практическая работа 2
• Практическая работа 3
• Практическая работа 4

Тесты

• Тест 1 - Основы VHDL
• Тест 2 - Вопросы по VHDL (простой уровень)

---

Лабораторные

• Лабораторная работа 1
• Лабораторная работа 2
• Лабораторная работа 3
• Лабораторная работа 4

---

Доп. материалы

• Ссылки
• Книги
• Софт
  • Редактор Emacs
  • ModelSim
  • ISE
  • LeonardoSpectrum

---

• Форум
• Журнал
• План сдачи заданий
• Экзамен

Задание

Название работы: Описание и моделирование конечных автоматов

1. По заданному табличному описанию автомата:
   • Построить граф переходов (для этого удобно использовать Graphviz и on-line сервис)
   • Определить бинарные значения (коды) для входных состояний, внутренних состояний и выходных состояний. Использовать для этого тип кода, заданный по «собственному произволу».
   • Описать два варианта VHDL-модели автомата:
     • реализовать внутренние состояния через пользовательский перечислимый тип
     • реализовать внутренние состояния через выбранный бинарный код

   при этом использовать для описания таблицы переходов в модели разные операторы (if, case, when..else).

2. Реализовать тесбенч, проверяющий эквивалентность работы двух моделей. При этом тестбенч должен проверять все возможные состояния и переходы автомата. Проконтролировать это позволяют средства ModelSim.
   • Перед компиляцией исходной модели автомата задать в свойствах компилятора (Compile Options...) на вкладке Coverage все пункты в группе Source code coveage и пункт Enable Finite State Mashine Coverage в группе Other coverage.
   • При запуске моделирования (Start Simulation...) задать сбор покрытия (Coverage).
3. Подготовить отчет, включающий:
   1. Титульный лист
   2. Задание
   3. Графическую форму задания автомата (в виде графа)
   4. Таблицы с выбранными кодами для входных состояний, внутренних состояний и выходных состояний
   5. Исходные тексты двух VHDL моделей и тестбенча
   6. Отчет о покрытии кода и автомата (граф и текстовый отчет о покрытии состояний и переходов, полученный в ModelSim)
      • Выбрать в меню Tools → Coverage Report → Text Report...
   7. Временные диаграммы, включающие входные воздействия, внутренние состояния обоих автоматов, выходы двух автоматов и сигнал Ok (результат сравнения выходов двух моделей).

Варианты заданий

Вариант заданий соответствует номеру по списку.

Вариант 1

Конечный автомат Мили.

Алфавит внутренних состояний A = {a₁, a₂, a₃, a₄}. Начальное состояние автомата a₁. Входной алфавит Z = {z₁, z₂, z₃}. Выходной алфавит W = {w₁, w₂ ,w₃ ,w₄, w₅}.

Таблица функционирования конечного автомата Мили

Входные сигналы	Состояния
	a1	a2	a3	a4
z1	a2/w1	a2/w1	a1/w2	a1/w4
z2	a4/w5	a3/w3	a4/w4	a3/w5
z3	a3/w2	a3/w3	a1/w4	a3/w5

Вариант 2

Конечный автомат Мура.

Алфавит состояний A = {a₁₁, a₂, a₃}. Начальное состояние автомата a₁. Входной алфавит Z = {z₁, z₂₂, z₃}. Выходной алфавит W = {w₁₁, w₂₂ ,w₃₃}.

Таблица функционирования конечного автомата Мура

Входные сигналы	Состояния
	a11	a2	a3
z1	a3	a2	a11
z22	a11	a2	a3
z3	a3	a11	a3
	w33	w11	w22	Выходные сигналы

Вариант 3

Конечный автомат Мили.

Алфавит внутренних состояний A = {a₁, a₂, a₃, a₄}. Начальное состояние автомата a₁. Входной алфавит Z = {z₁, z₂, z₃}. Выходной алфавит W = {w₁, w₂ ,w₃ ,w₄, w₅}.

Таблица функционирования конечного автомата Мили

Входные сигналы	Состояния
	a1	a2	a3	a4
z1	a3/w4	a2/w1	a1/w2	a1/w4
z2	a4/w5	a2/w3	a2/w3	a3/w3
z3	a3/w5	a3/w4	a1/w4	a3/w1

Вариант 4

Конечный автомат Мура.

Алфавит состояний B = {b₁, b₂₂, b₃}. Начальное состояние автомата b₁. Входной алфавит Q = {q₁, q₂₂, q₃}. Выходной алфавит Y = {y₁, y₂ ,y₃}.

Таблица функционирования конечного автомата Мура

Входные сигналы	Состояния
	b1	b22	b3
q1	b22	b1	b1
q22	b3	b22	b22
q3	b1	b3	b3
	y2	y3	y1	Выходные сигналы

Вариант 5

Конечный автомат Мили.

Алфавит внутренних состояний A = {a₁, a₂, a₃, a₄}. Начальное состояние автомата a₁. Входной алфавит Z = {z₁, z₂, z₃}. Выходной алфавит W = {w₁, w₂ ,w₃ ,w₄, w₅}.

Таблица функционирования конечного автомата Мили

Входные сигналы	Состояния
	a1	a2	a3	a4
z1	a1/w4	a3/w1	a1/w3	a1/w4
z2	a2/w5	a1/w3	a4/w3	a3/w3
z3	a3/w5	a4/w5	a1/w4	a4/w1

Вариант 6

Конечный автомат Мура.

Алфавит состояний C = {c₁, c₂, c₃₃}. Начальное состояние автомата c₁. Входной алфавит Q = {q₁, q₂, q₃}. Выходной алфавит Y = {y₁₁, y₂ ,y₃}.

Таблица функционирования конечного автомата Мура

Входные сигналы	Состояния
	c1	c2	c33
q1	c2	c2	c1
q2	c2	c1	c2
q3	c33	c33	c33
	y11	y3	y2	Выходные сигналы

Вариант 7

Конечный автомат Мили.

Алфавит внутренних состояний A = {a₁₁, a₂, a₃, a₄}. Начальное состояние автомата a₁. Входной алфавит Z = {z₁, z₂, z₃}. Выходной алфавит W = {w₁, w₂ ,w₃ ,w₄₄, w₅}.

Таблица функционирования конечного автомата Мили
Входные сигналы	Состояния
	a11	a2	a3	a4
z1	a3/w5	a2/w1	a2/w2	a11/w5
z2	a4/w44	a2/w5	a4/w3	a3/w3
z3	a3/w5	a11/w44	a11/w44	a11/w5

Вариант 8

Конечный автомат Мура.

Алфавит состояний R = {r₁, r₂, r₃}. Начальное состояние автомата r₁. Входной алфавит Q = {q₁, q₂, q₃}. Выходной алфавит W = {w₁, w₂ ,w₃}.

Таблица функционирования конечного автомата Мура

Входные сигналы	Состояния
	r1	r2	r3
q1	r1	r3	r1
q2	r3	r2	r3
q3	r2	r2	r2
	w3	w1	w2	Выходные сигналы

Вариант 9

Конечный автомат Мили.

Алфавит состояний A = {a₁, a₂₂, a₃, a₄}. Начальное состояние автомата a₁. Входной алфавит Z = {z₁ , z₂ , z₃}. Выходной алфавит W = {w₁, w₂ ,w₃₃ ,w₄, w₅}.

Таблица функционирования конечного автомата Мили

Входные сигналы	Состояния
	a1	a22	a3	a4
z1	a3/w4	a22/w1	a1/w2	a1/w4
z2	a4/w4	a22/w33	a4/w33	a22/w33
z3	a3/w5	a1/w4	a1/w4	a3/w1

Вариант 10

Конечный автомат Мура.

Алфавит состояний T = {t₁, t₂₂, t₃}. Начальное состояние автомата t₁. Входной алфавит Q = {q₁₁, q₂, q₃}. Выходной алфавит Y = {y₁, y₂ ,y₃}.

Таблица функционирования конечного автомата Мура

Входные сигналы	Состояния
	t1	t22	t3
q11	t3	t22	t1
q2	t22	t1	t22
q3	t1	t22	t3
	y3	y2	y1	Выходные сигналы

Вариант 11

Конечный автомат Мили.

Алфавит состояний A = {a₁, a₂₂, a₃, a₄}. Начальное состояние автомата a₁. Входной алфавит Z = {z₁, z₂, z₃₃}. Выходной алфавит W = {w₁, w₂₂ ,w₃ ,w₄₅, w₅}.

Таблица функционирования конечного автомата Мили

Входные сигналы	Состояния
	a1	a22	a3	a4
z1	a3/w22	a22/w1	a1/w1	a1/w45
z2	a4/w5	a4/w3	a4/w22	a3/w3
z33	a3/w22	a3/w45	a22/w45	a3/w1

Вариант 12

Конечный автомат Мура.

Алфавит состояний C = {c₁, c₂, c₃₃}. Начальное состояние автомата c₁. Входной алфавит Q = {q₁, q₂, q₃}. Выходной алфавит Y = {y₁₁, y₂ ,y₃}.

Таблица функционирования конечного автомата Мура

Входные сигналы	Состояния
	c1	c2	c33
q1	c2	c2	c1
q2	c2	c1	c2
q3	c33	c33	c33
	y11	y3	y2	Выходные сигналы

Вариант 13

Конечный автомат Мили.

Алфавит состояний A = {a₁₁, a₂, a₃, a₄₄}. Начальное состояние автомата a₁. Входной алфавит Z = {z₁, z₂, z₃}. Выходной алфавит W = {w₁, w₂ ,w₃ ,w₄₄, w₅}.

Таблица функционирования конечного автомата Мили

Входные сигналы	Состояния
	a11	a2	a3	a44
z1	a3/w44	a2/w1	a11/w2	a11/w44
z2	a44/w5	a2/w5	a44/w3	a3/w2
z3	a3/w2	a44/w3	a11/w44	a3/w1

Вариант 14

Конечный автомат Мура.

Алфавит состояний S = {s₁₁, s₂₂, s₃}. Начальное состояние автомата s₁. Входной алфавит Z = {q₁, q₂, q₃₃}. Выходной алфавит Y = {y₁, y₂ ,y₃}.

Таблица функционирования конечного автомата Мура

Входные сигналы	Состояния
	s11	s22	s3
q1	s11	s11	s22
q2	s3	s11	s22
q33	s22	s22	s3
	y2	y3	y1	Выходные сигналы

Вариант 15

Конечный автомат Мили.

Составить VHDL-описание конечного автомата Мили, заданного совмещенной таблицей переходов.

Алфавит состояний A = {a₁, a₂, a₃, a₄}. Начальное состояние автомата - a₁. Входной алфавит Z образуют сигналы z₁, z₂, z_3, т.е. Z = {z₁ , z₂ , z₃}. Выходной алфавит W образуют сигналы w₁, ..., w₅, т.е. W = {w₁, w₂ ,w₃ ,w₄,w₅}. На пересечении строки z_n и столбца a_q в таблице находится состояние a_s , в которое должен перейти автомат из состояния a_q под воздействием сигнала z_n. После косой черты в этой же графе таблицы указывается выходной сигнал, выдаваемый автоматом в состоянии a_q при поступлении на его вход сигнала z_n .

Таблица задания функционирования конечного автомата

Входные сигналы	Состояния
	a1	a2	a3	a4
z1	a2/w1	a2/w1	a1/w2	a1/w4
z2	a4/w5	a3/w3	a4/w4	a3/w5
z3	a3/w2	a3/w3	a1/w4	a3/w5

Вариант 16

Конечный автомат Мили.

Составить VHDL-описание конечного автомата Мили, заданного совмещенной таблицей переходов.

Алфавит состояний A = {a₁, a₂, a₃, a₄}. Начальное состояние автомата - a₁. Входной алфавит Z образуют сигналы z₁, z₂, z_3, т.е. Z = {z₁ , z₂ , z₃}. Выходной алфавит W образуют сигналы w₁, ..., w₅, т.е. W = {w₁, w₂ ,w₃ ,w₄,w₅}. На пересечении строки z_n и столбца a_q в таблице находится состояние a_s , в которое должен перейти автомат из состояния a_q под воздействием сигнала z_n. После косой черты в этой же графе таблицы указывается выходной сигнал, выдаваемый автоматом в состоянии a_q при поступлении на его вход сигнала z_n .

Таблица задания функционирования конечного автомата

Входные сигналы	Состояния
	a1	a2	a3	a4
z1	a3/w4	a2/w1	a1/w2	a1/w4
z2	a4/w5	a2/w3	a4/w3	a3/w3
z3	a3/w5	a3/w4	a1/w4	a3/w1

Вариант 17

Конечный автомат Мили.

Составить VHDL-описание конечного автомата Мили, заданного совмещенной таблицей переходов.

Алфавит состояний A = {a₁, a₂, a₃, a₄}. Начальное состояние автомата - a₁. Входной алфавит Z образуют сигналы z₁, z₂, z_3, т.е. Z = {z₁ , z₂ , z₃}. Выходной алфавит W образуют сигналы w₁, ..., w₅, т.е. W = {w₁, w₂ ,w₃ ,w₄,w₅}. На пересечении строки z_n и столбца a_q в таблице находится состояние a_s , в которое должен перейти автомат из состояния a_q под воздействием сигнала z_n. После косой черты в этой же графе таблицы указывается выходной сигнал, выдаваемый автоматом в состоянии a_q при поступлении на его вход сигнала z_n .

Таблица задания функционирования конечного автомата

Входные сигналы	Состояния
	a1	a2	a3	a4
z1	a4/w4	a2/w1	a1/w2	a4/w4
z2	a4/w5	a1/w3	a3/w4	a3/w3
z3	a1/w2	a2/w4	a1/w4	a4/w1

Вариант 18

Конечный автомат Мили.

Составить VHDL-описание конечного автомата Мили, заданного совмещенной таблицей переходов.

Алфавит состояний A = {a₁, a₂, a₃, a₄}. Начальное состояние автомата - a₁. Входной алфавит Z образуют сигналы z₁, z₂, z_3, т.е. Z = {z₁ , z₂ , z₃}. Выходной алфавит W образуют сигналы w₁, ..., w₅, т.е. W = {w₁, w₂ ,w₃ ,w₄,w₅}. На пересечении строки z_n и столбца a_q в таблице находится состояние a_s , в которое должен перейти автомат из состояния a_q под воздействием сигнала z_n. После косой черты в этой же графе таблицы указывается выходной сигнал, выдаваемый автоматом в состоянии a_q при поступлении на его вход сигнала z_n .

Таблица задания функционирования конечного автомата

Входные сигналы	Состояния
	a1	a2	a3	a4
z1	a1/w4	a3/w1	a1/w3	a1/w4
z2	a2/w5	a1/w3	a4/w3	a3/w3
z3	a3/w5	a4/w5	a1/w4	a4/w1

Вариант 19

Составить VHDL-описание конечного автомата Мили, заданного совмещенной таблицей переходов.

Алфавит состояний A = {a₁₁, a₂, a₃, a₄}. Начальное состояние автомата - a₁. Входной алфавит Z образуют сигналы z₁, z₂, z_3, т.е. Z = {z₁ , z₂ , z₃}. Выходной алфавит W образуют сигналы: W = {w₁, w₂ ,w₃ ,w₄₄, w₅}. На пересечении строки z_n и столбца a_q в таблице находится состояние a_s , в которое должен перейти автомат из состояния a_q под воздействием сигнала z_n. После косой черты в этой же графе таблицы указывается выходной сигнал, выдаваемый автоматом в состоянии a_q при поступлении на его вход сигнала z_n .

Таблица задания функционирования конечного автомата

Входные сигналы	Состояния
	a11	a2	a3	a4
z1	a3/w5	a2/w1	a2/w2	a11/w5
z2	a4/w5	a2/w5	a4/w3	a3/w3
z3	a3/w5	a1/w44	a1/w44	a11/w5

Вариант 20

Составить VHDL-описание конечного автомата Мили, заданного совмещенной таблицей переходов.

Алфавит состояний A = {a₁, a₂₂, a₃, a₄}. Начальное состояние автомата - a₁. Входной алфавит Z образуют сигналы z₁, z₂, z_3, т.е. Z = {z₁ , z₂ , z₃}. Выходной алфавит W образуют сигналы w₁, ..., w₅, т.е. W = {w₁, w₂ ,w₃₃ ,w₄,w₅}. На пересечении строки z_n и столбца a_q в таблице находится состояние a_s , в которое должен перейти автомат из состояния a_q под воздействием сигнала z_n. После косой черты в этой же графе таблицы указывается выходной сигнал, выдаваемый автоматом в состоянии a_q при поступлении на его вход сигнала z_n .

Таблица задания функционирования конечного автомата

Входные сигналы	Состояния
	a1	a22	a3	a4
z1	a3/w4	a22/w1	a1/w2	a1/w4
z2	a4/w4	a22/w33	a4/w33	a22/w33
z3	a3/w5	a1/w4	a1/w4	a3/w1

Вариант 21

Составить VHDL-описание конечного автомата Мили, заданного совмещенной таблицей переходов.

Алфавит состояний A = {a₁, a₂, a₃, a₄}. Начальное состояние автомата - a₁. Входной алфавит Z образуют сигналы z₁, z₂, z_33, т.е. Z = {z₁ , z₂ , z₃₃}. Выходной алфавит W образуют сигналы w₁, ..., w₅, т.е. W = {w₁, w₂₂ ,w₃ ,w₄,w₅}. На пересечении строки z_n и столбца a_q в таблице находится состояние a_s , в которое должен перейти автомат из состояния a_q под воздействием сигнала z_n. После косой черты в этой же графе таблицы указывается выходной сигнал, выдаваемый автоматом в состоянии a_q при поступлении на его вход сигнала z_n .

Таблица задания функционирования конечного автомата

Входные сигналы	Состояния
	a1	a2	a3	a4
z1	a3/w22	a2/w1	a1/w22	a1/w4
z2	a4/w5	a2/w3	a4/w22	a3/w3
z33	a3/w22	a3/w4	a1/w4	a3/w1

Вариант 22

Составить VHDL-описание конечного автомата Мили, заданного совмещенной таблицей переходов.

Алфавит состояний A = {a₁, a₂, a₃, a₄₄}. Начальное состояние автомата - a₁. Входной алфавит Z образуют сигналы z₁, z₂, z_3, т.е. Z = {z₁ , z₂ , z₃}. Выходной алфавит W образуют сигналы w₁, ..., w₅, т.е. W = {w₁, w₂ ,w₃ ,w₄,w₅}. На пересечении строки z_n и столбца a_q в таблице находится состояние a_s , в которое должен перейти автомат из состояния a_q под воздействием сигнала z_n. После косой черты в этой же графе таблицы указывается выходной сигнал, выдаваемый автоматом в состоянии a_q при поступлении на его вход сигнала z_n .

Таблица задания функционирования конечного автомата

Входные сигналы	Состояния
	a1	a2	a3	a44
z1	a3/w4	a2/w1	a2/w2	a1/w4
z2	a44/w1	a2/w3	a44/w3	a3/w3
z3	a3/w5	a44/w1	a1/w4	a44/w1

Вариант 23

Составить VHDL-описание конечного автомата Мили, заданного совмещенной таблицей переходов.

Алфавит состояний A = {a₁, a₂₂, a₃, a₄}. Начальное состояние автомата - a₁. Входной алфавит Z образуют сигналы z₁, z₂₂, z_3, т.е. Z = {z₁ , z₂₂ , z₃}. Выходной алфавит W образуют сигналы w₁, ..., w₅, т.е. W = {w₁, w₂ ,w₃ ,w₄,w₅}. На пересечении строки z_n и столбца a_q в таблице находится состояние a_s , в которое должен перейти автомат из состояния a_q под воздействием сигнала z_n. После косой черты в этой же графе таблицы указывается выходной сигнал, выдаваемый автоматом в состоянии a_q при поступлении на его вход сигнала z_n .

Таблица задания функционирования конечного автомата

Входные сигналы	Состояния
	a1	a22	a3	a4
z1	a22/w4	a22/w1	a1/w2	a1/w3
z22	a4/w5	a22/w3	a4/w3	a3/w3
z3	a3/w5	a4/w4	a1/w4	a22/w1

Вариант 24

Составить VHDL-описание конечного автомата Мили, заданного совмещенной таблицей переходов.

Алфавит состояний A = {a₁₁, a₂, a₃₃, a₄}. Начальное состояние автомата - a₁₁. Входной алфавит Z образуют сигналы z₁, z₂, z_3, т.е. Z = {z₁ , z₂ , z₃}. Выходной алфавит W образуют сигналы w₁, ..., w₅, т.е. W = {w₁, w₂ ,w₃ ,w₄,w₅}. На пересечении строки z_n и столбца a_q в таблице находится состояние a_s , в которое должен перейти автомат из состояния a_q под воздействием сигнала z_n. После косой черты в этой же графе таблицы указывается выходной сигнал, выдаваемый автоматом в состоянии a_q при поступлении на его вход сигнала z_n .

Таблица задания функционирования конечного автомата

Входные сигналы	Состояния
	a11	a2	a33	a4
z1	a33/w4	a2/w1	a11/w2	a33/w4
z2	a4/w5	a33/w3	a4/w4	a33/w3
z3	a11/w5	a33/w2	a11/w4	a11/w1

Вариант 25

Составить VHDL-описание конечного автомата Мили, заданного совмещенной таблицей переходов.

Алфавит состояний A = {a₁₂, a₂₀, a₃, a₄}. Начальное состояние автомата - a₁₂. Входной алфавит Z образуют сигналы z₁₁, z₂₂, z_33, т.е. Z = {z₁₁ , z₂₂ , z₃₃}. Выходной алфавит W образуют сигналы w₁, ..., w₅, т.е. W = {w₁, w₂ ,w₃ ,w₄,w₅}. На пересечении строки z_n и столбца a_q в таблице находится состояние a_s , в которое должен перейти автомат из состояния a_q под воздействием сигнала z_n. После косой черты в этой же графе таблицы указывается выходной сигнал, выдаваемый автоматом в состоянии a_q при поступлении на его вход сигнала z_n .

Таблица задания функционирования конечного автомата

Входные сигналы	Состояния
	a12	a20	a3	a4
z11	a3/w3	a20/w1	a12/w2	a12/w1
z22	a4/w5	a20/w3	a4/w1	a3/w3
z33	a12/w3	a20/w4	a12/w4	a20/w2

Вариант 26

Составить VHDL-описание конечного автомата Мили, заданного совмещенной таблицей переходов.

Алфавит состояний A = {a₁₃, a₂₃, a₃, a₄}. Начальное состояние автомата - a₁₃. Входной алфавит Z образуют сигналы z₁, z₂, z_3, т.е. Z = {z₁ , z₂ , z₃}. Выходной алфавит W образуют сигналы w₁, ..., w₅, т.е. W = {w₁, w₂ ,w₃ ,w₄,w₅}. На пересечении строки z_n и столбца a_q в таблице находится состояние a_s , в которое должен перейти автомат из состояния a_q под воздействием сигнала z_n. После косой черты в этой же графе таблицы указывается выходной сигнал, выдаваемый автоматом в состоянии a_q при поступлении на его вход сигнала z_n .

Таблица задания функционирования конечного автомата

Входные сигналы	Состояния
	a13	a23	a3	a4
z1	a3/w4	a2/w13	a1/w23	a23/w5
z2	a4/w1	a23/w1	a4/w3	a13/w3
z3	a3/w5	a3/w1	a1/w4	a3/w3

Получение отчета о покрытии

Для сбора покрытия при моделировании в ModelSim и получении отчета о покрытии (для вставки в отчет по лаб. работе) необходимо:

1. Перед компиляцией исходных VHDL-моделей задать свойства компиляции: на вкладке Coverage указать необходимые виды покрытия кода.
2. Запускать моделирование с опцией покрытия ("Simulation with Coverage").
3. После проведения моделирования выбрать Tools → Coverage Report → Text... для получения текстового отчета о покрытии.
4. Для получения графа покрытых состояний и переходов необходимо:
   • либо левой кнопкой кликнуть на изображении значка конечного автомата рядом с именем сигнала на временной диаграмме,
   • либо выбрать список автоматически определённых конечных автоматов в меню View → FSM list, и в списке выбрать нужный автомат.

Пример описания графа в Graphviz

• On-line сервис

digraph g {

 a1 -> a2 [label="X1"]
 a2 -> a3 [label="X2"]
 a3 -> a1 [label="X3"]

 a1 [label="a1",shape=box,fillcolor="palegreen",style="filled,rounded"];
}

Результат: