Инкрементатор кода Грея
Каждый компонент, включенный в библиотеку, объявляется путём создания подкласса InstanceFactory, расположенного в пакете com.cburch.logisim.instance. Этот подкласс содержит весь необходимый код.
(Здесь мы описываем API текущей версии Logisim. Вы можете найти некоторые библиотеки, разработанные для более ранних версий Logisim, в которых компоненты были разработаны путём объявления двух классов; один - расширяющий Component и другой - расширяющий ComponentFactory. Версия 2.3.0 вводит гораздо более простой API InstanceFactory; старые приёмы являются устаревшими.)
Три пакета Logisim объявляют большинство классов, имеющих отношение к объявлению библиотек компонентов.
com.cburch.logisim.instanceСодержит классы, непосредственно связанные с объявлением компонентов, в том числе классы
InstanceFactory,InstanceState,InstancePainter, иInstance.com.cburch.logisim.dataСодержит классы, связанные с элементами данных, связанных с компонентами, такие как класс
Boundsдля представления ограничивающих прямоугольников или классValueдля представления значений, которые может передавать провод.com.cburch.logisim.toolsСодержит классы, связанные с объявлением библиотеки.
О коде Грея
Прежде чем мы продолжим, позвольте мне кратко описать код Грея, на котором основаны эти примеры. Это не так важно для понимания того, как эти примеры работают, так что вы можете спокойно пропустить текст до кода ниже, если хотите; особенно если вы уже знаете код Грея.
Код Грея - это техника (по имени Фрэнка Грея) для итерации n-битной последовательности с изменением только одного бита на каждом шаге. В качестве примера, рассмотрим 4-битный код Грея, приведённый ниже.
0000
0001
0011
00100110
0111
0101
01001100
1101
1111
11101010
1011
1001
1000
Каждое значение имеет подчёркнутый бит, который изменится для следующего значения в последовательности. Например, после 0000 идет 0001, в котором последний бит был переключен, поэтому последний бит подчёркнут.
Встроенные компоненты Logisim не включают в себя ничего, что работало бы с кодом Грея. Но разработчики электроники иногда находят код Грея полезным. Один из наиболее заметных примеров использования кода Грея - вдоль осей в картах Карно.
GrayIncrementer
Это минимальный пример, иллюстрирующий основные элементы для объявления компонента. Данный компонент - инкрементатор, который принимает многобитное значение на входе и выдаёт следующий код Грея в последовательности.
package com.cburch.gray;
import com.cburch.logisim.data.Attribute;
import com.cburch.logisim.data.BitWidth;
import com.cburch.logisim.data.Bounds;
import com.cburch.logisim.data.Value;
import com.cburch.logisim.instance.InstanceFactory;
import com.cburch.logisim.instance.InstancePainter;
import com.cburch.logisim.instance.InstanceState;
import com.cburch.logisim.instance.Port;
import com.cburch.logisim.instance.StdAttr;
/** Этот компонент принимает многобитное значение на входе и выдаёт значение, следующее за ним
* в коде Грея. Например, при входном значении 0100 на выходе будет 1100. */
class GrayIncrementer extends InstanceFactory {
/* Обратите внимание на то, что нет переменных экземпляра. Только один экземпляр
* создан этим классом, и он управляет всеми экземплярами компонента. С любой
* информацией, связанной с отдельными экземплярами нужно работать
* через атрибуты. Для GrayIncrementer каждый экземпляр имеет "разрядность",
* с которой он работает, так что у нас будет атрибут. */
/** Конструктор конфигурирует фабрику. */
GrayIncrementer() {
super("Gray Code Incrementer");
/* Так мы можем устанавливать атрибуты для GrayIncrementer'ов. В
* этом случае атрибут только один - разрядность - и он по умолчанию
* равен 4. Класс StdAttr объявляет некоторые часто встречающиеся
* атрибуты, включая "разрядность". Лучше использовать эти
* атрибуты StdAttr, когда это уместно: пользователь может выбрать несколько
* компонентов (даже из разных фабрик) с одинаковым атрибутом
* и изменять их все сразу. */
setAttributes(new Attribute[] { StdAttr.WIDTH },
new Object[] { BitWidth.create(4) });
/* "Offset bounds" - это положение ограничивающего прямоугольника
* относительно положения мыши. Здесь мы задаём компонент
* 30x30, и закрепляем его относительно его основного выхода
* (это типично для Logisim), расположенного в центре
* восточного края. Так, левый верхний угол ограничивающего прямоугольника на 30 пикселей
* западнее и на 15 пикселей севернее положения мыши. */
setOffsetBounds(Bounds.create(-30, -15, 30, 30));
/* Порты - это места, где провода могут быть присоединены к этому
* компоненту. Каждый объект Port говорит, где искать порт относительно
* места крепления компонента, затем является ли порт
* входом/выходом/обоими, и наконец ожидаемую разрядность для порта.
* Разрядность может быть константой (например, 1) или атрибутом (как здесь).
*/
setPorts(new Port[] {
new Port(-30, 0, Port.INPUT, StdAttr.WIDTH),
new Port(0, 0, Port.OUTPUT, StdAttr.WIDTH),
});
}
/** Вычисляет текущее значение на выходе для этого компонента. Этот метод вызывается
* каждый раз, когда значение на любом из входов меняется; он также может быть вызван при
* других обстоятельствах, даже если нет никаких оснований ожидать, что он изменит
* что-то. */
public void propagate(InstanceState state) {
// Сначала мы получаем значение, поданное на вход. Отметим, что при
// вызове setPorts выше, вход компонента был включен
// с индексом 0 в массив-параметр, так что мы используем 0 как параметр ниже.
Value in = state.getPort(0);
// Теперь вычислим значение на выходе. Мы передали эту работу вспомогательному методу,
// раз уж такая логика приемлема для других библиотечных компонентов.
Value out = nextGray(in);
// Наконец, мы передаём значение с выхода дальше в схему. Первый параметр
// равен 1, потому что в нашем списке портов (сформированном вызовом
// setPorts выше) выход имеет индекс 1. Второй параметр - это
// значение, которое мы хотим послать на этот порт. И последний параметр - это его
// "задержка" - количество шагов, которое уйдёт на обновление выхода
// после поступления значения на вход.
state.setPort(1, out, out.getWidth() + 1);
}
/** Говорит, как должен отдельный экземпляр появляться на холсте. */
public void paintInstance(InstancePainter painter) {
// Когда это происходит, InstancePainter содержит несколько удобных методов
// для отрисовки и мы будем использовать их здесь. Часто вам захочется
// получить его объект Graphics (painter.getGraphics), так что вы сможете рисовать
// непосредственно на холсте.
painter.drawRectangle(painter.getBounds(), "G+1");
painter.drawPorts();
}
/** Вычисляет следующее значение кода Грея в последовательности после предыдущего. Этот статический
* метод просто выполняет некоторые манипуляции с битами; ему не надо делать ничего особенного с
* Logisim, за исключением того, что он манипулирует с объектами Value и BitWidth. */
static Value nextGray(Value prev) {
BitWidth bits = prev.getBitWidth();
if(!prev.isFullyDefined()) return Value.createError(bits);
int x = prev.toIntValue();
int ct = (x >> 16) ^ x; // вычислить соотношение для x
ct = (ct >> 8) ^ ct;
ct = (ct >> 4) ^ ct;
ct = (ct >> 2) ^ ct;
ct = (ct >> 1) ^ ct;
if((ct & 1) == 0) { // если соотношение чётное, то поменять первый бит
x = x ^ 1;
} else { // иначе поменять бит сразу выше последней 1
int y = x ^ (x & (x - 1)); // сначала вычислить последнюю 1
y = (y << 1) & bits.getMask();
x = (y == 0 ? 0 : x ^ y);
}
return Value.createKnown(bits, x);
}
}
Этого примера самого по себе недостаточно, чтобы создать работающий JAR файл; вы должны ещё предусмотреть класс Library, как показано на следующей странице.
Далее: Класс Library.
