Простой счётчик кода Грея
Часто нам нужны компоненты, которые не являются исключительно комбинационными по своей сути - то есть, мы хотим, чтобы компонент имел некоторую память. Существует важная тонкость в объявлении таких компонентов: у вас не может быть компонента, который сам по себе хранит состояние, так как конкретный компонент может встречаться несколько раз в той же схеме. Он не может появиться в схеме несколько раз непосредственно, но он может появиться несколько раз, если он встречается в подсхеме, которая используется несколько раз.
Решение состоит в том, чтобы создать новый класс для представления текущего состояния объекта, и ассоциировать его экземпляры с компонентом через состояние родительской схемы. В этом примере, который реализует реагирующий на фронт 4-битный счётчик кода Грея, мы объявляем класс CounterData для представления состояния счётчика, в дополнение к подклассу InstanceFactory, как было показано раньше. Объект CounterData запоминает как состояние текущего состояния счётчика, так и последнее состояние тактового входа (чтобы обнаруживать передние фронты).
CounterData
package com.cburch.gray;
import com.cburch.logisim.data.BitWidth;
import com.cburch.logisim.data.Value;
import com.cburch.logisim.instance.InstanceData;
import com.cburch.logisim.instance.InstanceState;
/** Представляет состояние счетчика. */
class CounterData implements InstanceData, Cloneable {
/** Получает состояние, связанное с этим счётчиком в состоянии схемы,
* генерируя состояние, если необходимо.
*/
public static CounterData get(InstanceState state, BitWidth width) {
CounterData ret = (CounterData) state.getData();
if(ret == null) {
// Если оно ещё не существует, то мы установим его на наши
// значения по умолчанию, и добавим его в состояние схемы, так что оно может быть получено
// в следующих просчётах.
ret = new CounterData(null, Value.createKnown(width, 0));
state.setData(ret);
} else if(!ret.value.getBitWidth().equals(width)) {
ret.value = ret.value.extendWidth(width.getWidth(), Value.FALSE);
}
return ret;
}
/** Последнее наблюдаемое значение на тактовом входе. */
private Value lastClock;
/** Текущее значение, выдаваемое счётчиком. */
private Value value;
/** Создает состояние с заданными значениями. */
public CounterData(Value lastClock, Value value) {
this.lastClock = lastClock;
this.value = value;
}
/** Возвращает копию этого объекта. */
public Object clone() {
// Мы можем просто использовать то, что возвращает super.clone(): только переменные экземпляра являются
// объектами Value, которые неизменяемы, так что нас не волнует, что и копия,
// и оригинал ссылаются на одни и те же объекты Value. Если бы мы имели изменяемые переменные экземпляра,
// то, конечно, нам пришлось бы клонировать их.
try { return super.clone(); }
catch(CloneNotSupportedException e) { return null; }
}
/** Обновляет последнее наблюдаемое значение на тактовом входе, возвращая истину, если он сработал. */
public boolean updateClock(Value value) {
Value old = lastClock;
lastClock = value;
return old == Value.FALSE && value == Value.TRUE;
}
/** Возвращает текущее значение, выдаваемое счётчиком. */
public Value getValue() {
return value;
}
/** Обновляет текущее значение, выдаваемое счётчиком. */
public void setValue(Value value) {
this.value = value;
}
}
SimpleCounter
package com.cburch.gray;
import com.cburch.logisim.data.BitWidth;
import com.cburch.logisim.data.Bounds;
import com.cburch.logisim.data.Direction;
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.util.GraphicsUtil;
import com.cburch.logisim.util.StringUtil;
/** Создаёт простой счётчик, который пробегает по очереди 4-битные коды Грея. Этот
* пример показывает, как компонент может сохранять своё внутреннее состояние. Весь
* код, относящийся к состоянию, появляется в классе CounterData. */
class SimpleGrayCounter extends InstanceFactory {
private static final BitWidth BIT_WIDTH = BitWidth.create(4);
// Опять же, заметьте, что у нас нет никаких переменных экземпляра, связанных с
// состоянием конкретного экземпляра. Мы не можем поместить их здесь, потому что только один
// объект SimpleGrayCounter вообще создаётся, и его работа - управлять всеми
// экземплярами, появляющимися во всех схемах.
public SimpleGrayCounter() {
super("Gray Counter (Simple)");
setOffsetBounds(Bounds.create(-30, -15, 30, 30));
setPorts(new Port[] {
new Port(-30, 0, Port.INPUT, 1),
new Port( 0, 0, Port.OUTPUT, BIT_WIDTH.getWidth()),
});
}
public void propagate(InstanceState state) {
// Здесь я получаю состояние, связанное с этим компонентом через вспомогательный
// метод. В данном случае состояние - это объект CounterData, который также есть
// там, где объявлен вспомогательный метод. Этот вспомогательный метод закончит
// созданием объекта CounterData, если ещё ни одного не существует.
CounterData cur = CounterData.get(state, BIT_WIDTH);
boolean trigger = cur.updateClock(state.getPort(0));
if(trigger) cur.setValue(GrayIncrementer.nextGray(cur.getValue()));
state.setPort(1, cur.getValue(), 9);
// (Вы, возможно, подумываете о том, чтобы определить текущее состояние счётчика
// через state.getPort(1). Это ошибка, потому что другой
// компонент может записывать значение в эту же точку, и это
// "испортит" значение, содержащееся там. Нам действительно нужно хранить
// текущее значение в экземпляре.)
}
public void paintInstance(InstancePainter painter) {
painter.drawBounds();
painter.drawClock(0, Direction.EAST); // draw a triangle on port 0
painter.drawPort(1); // draw port 1 as just a dot
// Отобразить текущее значение счётчика по центру прямоугольника.
// Впрочем, если по контексту показывать состояние не надо (при составлении
// вида для печати), то пропустить это.
if(painter.getShowState()) {
CounterData state = CounterData.get(painter, BIT_WIDTH);
Bounds bds = painter.getBounds();
GraphicsUtil.drawCenteredText(painter.getGraphics(),
StringUtil.toHexString(BIT_WIDTH.getWidth(), state.getValue().toIntValue()),
bds.getX() + bds.getWidth() / 2,
bds.getY() + bds.getHeight() / 2);
}
}
}
Next: Gray Code Counter.
