Incrementador em código de Gray
Cada componente incluído em uma biblioteca é definido através da criação de
uma subclasse de InstanceFactory encontrada no pacote
com.cburch.logisim.instance. Esta subclasse tem todo
o código necessário.
(Aqui descreveremos a API para a versão atual do Logisim.
Você poderá encontrar algumas bibliotecas desenvolvidas para versões anteriores
do Logisim, para componentes que foram desenvolvidos através da definição de duas
classes, uma extensão Component e outra que estende
ComponentFactory.
Versão 2.3.0 introduziu uma API muito mais simples a InstanceFactory,
a técnica anterior está obsoleta.)
Três pacotes do Logisim resumem a maioria das classes relevantes para a definição bibliotecas de componentes.
-
com.cburch.logisim.instance -
Contém classes especificamente relacionadas com a definição de componentes, incluindo as classes
InstanceFactory,InstanceState,InstancePaintereInstance. -
com.cburch.logisim.data -
Contém classes relacionadas com os elementos de dados associados aos componentes, como a classe
Boundspara representar retângulos limítrofes, ou a classeValuepara representar os valores que possam existir em uma conexão. -
com.cburch.logisim.tools -
Contém classes relacionadas com a definição da biblioteca.
Acerca dos códigos de Gray
Antes de prosseguir, descreverei brevemente o código Gray em que estes exemplos se baseiam. Não é realmente importante para se entender como esses exemplos funcionam, assim você poderá pular para o código abaixo, se desejar - especialmente se você já conhecer os códigos de Gray.
O código de Gray é uma técnica (em homenagem a Frank Gray) para iterar n sequências de bits com apenas uma ligeira modificação em cada etapa. Como exemplo, considere os 4 bits do código de Gray listados abaixo.
0000
0001
0011
00100110
0111
0101
01001100
1101
1111
11101010
1011
1001
1000
Cada valor tem o bit sublinhado que irá mudar no próximo valor da sequência. Por exemplo, depois de 0000 virá 0001, no qual o bit final foi alterado, por isso o último bit será sublinhado.
Os componentes predefinidos do Logisim não incluem recurso para se trabalhar com códigos de Gray. Porém, os projetistas eletrônicos consideram os códigos de Gray úteis às vezes. Um exemplo de aplicação particularmente notável dos códigos de Gray é sobre os eixos em mapas de Karnaugh.
GrayIncrementer
Este é um pequeno exemplo que ilustra os elementos essenciais para se definir um componente. Esse componente em particular é um incrementador, que tem uma entrada multibit e produz o código de Gray imediatamente seguinte a ele em sequência.
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;
/** This component takes a multibit input and outputs the value that follows it
* in Gray Code. For instance, given input 0100 the output is 1100. */
class GrayIncrementer extends InstanceFactory {
/* Note that there are no instance variables. There is only one instance of
* this class created, which manages all instances of the component. Any
* information associated with individual instances should be handled
* through attributes. For GrayIncrementer, each instance has a "bit width"
* that it works with, and so we'll have an attribute. */
/** The constructor configures the factory. */
GrayIncrementer() {
super("Gray Code Incrementer");
/* This is how we can set up the attributes for GrayIncrementers. In
* this case, there is just one attribute - the width - whose default
* is 4. The StdAttr class defines several commonly occurring
* attributes, including one for "bit width." It's best to use those
* StdAttr attributes when appropriate: A user can then select several
* components (even from differing factories) with the same attribute
* and modify them all at once. */
setAttributes(new Attribute[] { StdAttr.WIDTH },
new Object[] { BitWidth.create(4) });
/* The "offset bounds" is the location of the bounding rectangle
* relative to the mouse location. Here, we're choosing the component to
* be 30x30, and we're anchoring it relative to its primary output
* (as is typical for Logisim), which happens to be in the center of the
* east edge. Thus, the top left corner of the bounding box is 30 pixels
* west and 15 pixels north of the mouse location. */
setOffsetBounds(Bounds.create(-30, -15, 30, 30));
/* The ports are locations where wires can be connected to this
* component. Each port object says where to find the port relative to
* the component's anchor location, then whether the port is an
* input/output/both, and finally the expected bit width for the port.
* The bit width can be a constant (like 1) or an attribute (as here).
*/
setPorts(new Port[] {
new Port(-30, 0, Port.INPUT, StdAttr.WIDTH),
new Port(0, 0, Port.OUTPUT, StdAttr.WIDTH),
});
}
/** Computes the current output for this component. This method is invoked
* any time any of the inputs change their values; it may also be invoked in
* other circumstances, even if there is no reason to expect it to change
* anything. */
public void propagate(InstanceState state) {
// First we retrieve the value being fed into the input. Note that in
// the setPorts invocation above, the component's input was included at
// index 0 in the parameter array, so we use 0 as the parameter below.
Value in = state.getPort(0);
// Now compute the output. We've farmed this out to a helper method,
// since the same logic is needed for the library's other components.
Value out = nextGray(in);
// Finally we propagate the output into the circuit. The first parameter
// is 1 because in our list of ports (configured by invocation of
// setPorts above) the output is at index 1. The second parameter is the
// value we want to send on that port. And the last parameter is its
// "delay" - the number of steps it will take for the output to update
// after its input.
state.setPort(1, out, out.getWidth() + 1);
}
/** Says how an individual instance should appear on the canvas. */
public void paintInstance(InstancePainter painter) {
// As it happens, InstancePainter contains several convenience methods
// for drawing, and we'll use those here. Frequently, you'd want to
// retrieve its Graphics object (painter.getGraphics) so you can draw
// directly onto the canvas.
painter.drawRectangle(painter.getBounds(), "G+1");
painter.drawPorts();
}
/** Computes the next gray value in the sequence after prev. This static
* method just does some bit twiddling; it doesn't have much to do with
* Logisim except that it manipulates Value and BitWidth objects. */
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; // compute parity of x
ct = (ct >> 8) ^ ct;
ct = (ct >> 4) ^ ct;
ct = (ct >> 2) ^ ct;
ct = (ct >> 1) ^ ct;
if((ct & 1) == 0) { // if parity is even, flip 1's bit
x = x ^ 1;
} else { // else flip bit just above last 1
int y = x ^ (x & (x - 1)); // first compute the last 1
y = (y << 1) & bits.getMask();
x = (y == 0 ? 0 : x ^ y);
}
return Value.createKnown(bits, x);
}
}
Este exemplo, por si só não é suficiente para se criar um arquivo JAR funcional; você também deverá prover uma classe Library, conforme ilustrado na página a seguir.
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