Zustandsautomaten - Lehrstuhl Technische Informatik, Universität ...

4 VHDL - Very High Speed IC Hardware Description Language
Das letzte Kapitel zum Thema Zustandsautomaten soll einen kurzen Einblick in die
Grundlagen von VHDL bieten. Dabei handelt es sich um eine Hardware-
Beschreibungssprache, mit deren Hilfe Zustandsautomaten dargestellt werden können.
Die Anfänge von VHDL liegen in den 90er Jahren. Ursprünglich wurde die Sprache im
Auftrag des amerikanischen Militärs zur Dokumentation und Simulation von Hardware
entwickelt. Der Grund dafür war der Wunsch nach einer eindeutigen Sprache; diese sollte
dabei helfen, die damals hohe Fehlerrate in elektronischen Steuer- und Regelsystemen (z.B. in
Flugzeugen) zu senken.
Heute ist VHDL eine standardisierte Sprache, die vor allem in Europa verbreitet ist. Eine
Untermenge der Sprache kann nun auch zur Synthese von Schaltnetzen und Schaltwerken
genutzt werden.
Die beiden folgenden Unterkapitel stellen jeweils einen kurzen Ausschnitt aus dem
Sourcecode eines zu realisierenden Zustandsautomaten vor. Dabei handelt es sich um das
Moore-Schaltwerk zur Impulsfolgeerkennung aus Kapitel 3.
Die Einheiten, in denen der VHDL-Code präsentiert wird, sind sogenannte "Prozesse". Für
den Beispiel-Automaten aus Kapitel 3 werden insgesamt drei Prozesse benötigt: einen für die
Berechnung des Nachfolgezustandes, einen für die Berechnung des Wertes am Ausgang und
einen für die Zustandaktualisierung. Das Kapitel beschränkt sich auf die beispielhafte
Vorstellung der ersten zwei genannten Prozesse, die jeweiligen Schaltnetze sind in der
folgenden Abbildung durch Beschriftung hervorgehoben. Für die komplette Beschreibung sei
auf [Reichardt] verwiesen.
e
z
Abb. 9: Moore-Schaltwerk
Ausgangsschaltnetz
clock reset
4.1 Prozess zur Bestimmung des Wertes am Ausgang (Ausgangsschaltnetz)
Der nachfolgende Ausschnitt aus dem Sourcecode in VHDL realisiert das Ausgangsschaltnetz
des Impulsfolgeerkennungs-Automaten aus dem vorigen Kapitel. Der Sourcecode (aus
[Reichardt]) ist vor allem bei Vorkenntnissen in C bzw. C++ leicht erschließbar.
Vorher eine kurze Erläuterung der Variablen (diese werden außerhalb des Prozesses
deklariert):
ω
Übergangsschaltnetz
δ
Speicher
a
z+
12