7-8 状态机结构
一种基于Go语言的SIP协议栈设计与实现
设计应用技术语言的SIP协议栈设计与实现邓杨凡（中国电子科技集团公司第三十研究所，四川会话发起协议（Session Initiation Protocol，SIP）是由互联网工程任务组（Internet Engineering Task Force，它是一个基于文本的应用层控制协议，能够创建、下一代网络（Next Generation Network，Multimedia Subsystem，IMS）等网络，支持语音、视频、数据等多媒体业务。
基于协议栈，具备作为客户端并发发起或处理多路呼叫的能力。
会话发起协议（SIP）；客户端；Go语言；多媒体通信Design and Implementation of a SIP Protocol Stack Based on Go LanguageDENG YangfanInstitute of CETC, Chengdu 610041Abstract: Session Initiation Protocol (SIP) is a multimedia communication protocol formulated by the Internet Engineering Task Force (IETF). It is a text-based application layer control protocol, which can create, modify and实体都是事务用户。
当一个事务用户希望发送请求时，就创建一个客服端事字符集。
种类型，请求消息和响规定的通用消息格式，包括起始行、一个或多个消息头、一个空行以及一个可选消息体。
和状态行（的起始行，状态行是响应消息的起始行。
请求消息包含请求行、消息头、空行以及消息体，响应消息包括状态行、消息头、空行以及消息体。
6种请求消息如表表1 SIP请求消息功能说明向SIP服务器注册用于建立用户代理之间的媒体会话用于终止已建立的会话，可以由主叫或者被叫方发送用于查询的用户代理或围绕其功能的代理服务器，并发现其当前的可用性用于确认最后响应的用于终止未建立会话响应消息的第一行由状态码构成，表示服务信令和实时传输协议（一套多级流水线的文本消息处理流程。
第八次课-8章状态机精选全文
z<=0;
三、基于状态机的设计要点
1．起始状态的选择
起始状态是指电路复位后所处的状态，选择一 个合理的起始状态将使整个系统简洁高效。有的 EDA软件会自动为基于状态机的设计选择一个最佳 的起始状态。
2．状态转换的描述
一般使用case语句来描述状态之间的转换， 用case语句表述比用if-else语句更清晰明了。
有限状态机类型 有限状态机的Verilog描述 有限状态机的设计要点
一、两种有限状态机
二、有限状态机的Verilog描述
描述对象：
当前状态、下一状态、输出逻辑
描述方式： 单过程、双过程、三过程
单过程描述方式： 放在一个过程中描述，相当于采用时
钟信号同步，克服输出产生毛刺。但输出 逻辑相对于双过程，要延迟一个时钟周期。
end end
s3: begin if(x==0)
begin state<=s0; z<=0;
end else begin
state<=s4; z<=1; end end
s4: begin if(x==0)
begin state<=s0; end else begin state<=s4; z<=1; end end default:
双过程描述方式： 一个过程 由时钟信号触发的时序过程
（当时钟发生跳变时，状态机状态发生变 化。一般用case语句检查状态机的当前状态； 另一过程是组合过程，对于摩尔型，输出 只与当前状态有关，因此只需用case语句即 可，对米里型，因与当前状态和输入都有 关，因此可用case 语句和 if组合进行描述。
状态机的设计与实现
状态机的设计与实现作者：zhsj 日期：2015-7-29在数字逻辑电路中，状态机是一个非常重要的概念，也是常用的一种结构，状态机常常用于序列检测、序列信号的产生以及时序产生等方面。
利用Verilog语言也可以编写出可综合的状态机，并有多种编写格式和编写原则，本文主要整理的是状态机的一般编写方法和形式，以及可综合的状态机的一些设计原则。
一、状态机的结构1.1 状态机的组成状态机是组合逻辑和寄存器逻辑的特殊组合，一般包括两个部分：组合逻辑部分和寄存器逻辑部分。
寄存器用于存储状态，组合电路用于状态译码和产生输出信号。
状态机的下一个状态及输出不仅与输入信号有关，还与寄存器当前状态有关，其基本要素有三个，即状态、输入和输出。
状态也叫做状态变量。
在逻辑设计中，使用状态划分逻辑顺序和时序规律。
例如，要设计一个交通灯控制器可以用允许通行、慢行和禁止通行作为状态；设计一个电梯控制器，每层就是一个状态等。
输入是指状态机中进入每个状态的条件。
有的状态机没有输入条件，其中的状态转移比较简单；有的状态机有输入条件，当某个输入条件存在时，才能转移到相应的状态。
例如，交通灯控制器就没有输入条件，状态随着时间的改变而自动跳转；电梯控制器是存在输入的，每层的上下按键，以及电梯内的层数选择按键都是输入，会对电梯的下一个状态产生影响。
输出是指在某一状态时特定发生的事件。
例如，交通灯控制器在允许通行状态输出绿色，缓行状态输出黄色，禁止通行状态输出红色；电梯控制器在运行时一直会输出当前所在的层数及当前运行的方向（上升或下降）。
1.2 状态机的分类根据输出是否与输入信号有关，状态机可以划分为Mealy型状态机和Moore型状态机两种；根据输出是否与输入信号同步，状态机可以划分为异步状态机和同步状态机两种。
由于目前的电路设计中以同步设计为主，所以本文只介绍同步状态机。
1.2.1 Mealy型状态机Mealy型状态机的输出同时依赖于当前的状态和输入信号，其结构如图1.1所示。
6.状态机图(状态+活动)
课堂练习（电梯系统的状态图）
带有复杂转换的状态图
补充说明（状态图）
适用情况：
适用于描述跨越多个用例的单个对象行为 不适合描述多个对象之间的行为协作 故需与其他技术（类图、对象图）结合使用
注意事项：
不要花费大量时间和精力为系统中的每个类都 画对应的状态图 开发人员只关心关键类的行为，只需为这些类 建立状态图，帮助理解所研究的问题
方法二：
先对活动进行全局的分析 再将活动分配各具体的对象
建议：
两种方法各有利弊 根据个人习惯和具体情况而定
分类（1.简单活动图）
分类（1.简单活动图）
分类（2.标识泳道的活动图）
泳道(SwimLane)：用于有效 地标识每个活动的实施者。 表示方法：
用一条垂直的线将活动分开 每个泳道都有一个唯一的名称 每个活动节点、分支必须只属 于一个泳道；而转换，分叉与 汇合是可以跨泳道的。
状态机图(State machine Diagram)
状态（state）：
定义对象在其生命周期中的一种条件或状况 比如：满足某些条件、执行某些活动或等待某些事件 例子：灯的开闭、人的梦醒、学生的课上与课下
理解
状态的存在：对象在任何时刻都会处于某种状态之中 状态的转移：事件使对象从一个状态转向另一个状态 当面对所检测到的事件或所接收到的消息时，对象所 处的状态不同，做出的反应也不同
细化状态内的活动与转换
状态图（航班预订3）
使用复合状态
课堂练习
绘制电脑工作时的状态转换图
课堂练习
绘制手机工作时的状态转换图
课堂练习（电梯系统的状态图）
电梯开始处于空闲状态（idle），当有人按下按钮要求使用电梯时 （事件is required发生），电梯进入运行状态（run）。如果电梯的 当前楼层比想要的楼层高时（监护条件[currentFloor>desiredFloor] 成立），电梯进入下降状态（moving down）；反之，如果电梯的当 前楼层比想要的楼层低时（监护条件[currentFloor<desiredFloor] 成立），电梯进入上升状态（moving up）；如果电梯的当前楼层与 想要的楼层相同时（监护条件[currentFloor=desiredFloor]成立）， 电梯门打开（door open）。在电梯上升或下降期间，每经过一个楼 层就判断监护条件[currentFloor=desiredFloor]是否成立，若不成 立，继续移动，若成立，就进入停止状态（stop），15秒后，电梯门 自动打开（door open），2分钟后，电梯门自动关上（door close）， 如果有更多的电梯使用要求，进入运行状态（run），反之，则进入 空闲状态（idle）。
第八讲 状态机
8.2 设计风格#1
一种结构清晰、易于实现的FSM设计风格： •FSM中的时序逻辑部分和组合逻辑部分分别独立设 计； •定义一个枚举数据类型，内部包含所有FSM需要的 状态；
3
FSM中时序逻辑部分的设计特点：
input output
组合逻辑电路
•确定的输入/输出端口 •典型的模板可供使用
pr_state
组合逻辑电路
pr_state
nx_state
时序逻辑电路 clk rst
•process的敏感信号列表 •完整列出IN/OUT组合
•无边沿赋值，无寄存器生成
设计风格#1的状态机模板
library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity <entity_name> is port (input: in <data_type>; reset, clock: in std_logic; output: out <data_type>); end <entity_name>; architecture <arch_name> of <entity_name> is type state is (state0, state1, state2, state3, ...); signal pr_state, nx_state: state; begin ------------lower section--------------两个进程 process (clock, reset) 并发执行 begin if (reset = '1„) then pr_state <= state0; elsif (clock‟event and clock=„1‟) then pr_state <= nx_state; end if; end process; ------------upper section--------------process (input, pr_state) begin case pr_state is when state0=> if (input=...) then output <= <value>; nx_state<=state1; else ....; end if; when state1=> if (input=...) then output <= <value>; nx_state<=state2; else ....; end if; ...... end case; end process; end <arch_name>
状态机
10
实验步骤：
● 启动仿真，信号#START=0初始化；然后恢复#START=1，设置条件C0=0 或C0=1。手动按钮令信号CLK上升沿跳变，观察并且对比以下状态机电 路输出：四位环形计数器（红色LED灯）、二位扭环计数器（黄色LED
灯）。
● 启动仿真，手动按钮ON使“交通灯”开始倒计时运行。在运行过程中， 改变当前状态【Tx】和次态【Tx+1】对应的拨码开关DSWx和DSWx+1， 设置新的计数初始值。观察当前交通灯运行是否受到影响？什么时候新设
状态机 (state machine)
Moore状态机
Mealy状态机
扭环计数器 环形计数器
D触发器真值表
2-4译码器真值表
4
四位寄存器74LS175 （带反相端）
可逆计数器74LS190
5
“交通灯”系统电路图
拨码开关（
状态机电路图
9
倒计时和红绿灯显示电路图
（一）状态机 实验
实验概述：
● 理解“状态机”概念，掌握“状态机”思想描述时序系统。 ● 通过下列二种基于D触发器的计数器结构，构建状态机的状
态转移电路：
环形计数器、扭环计数器。 ● 基于“状态机”原理，设计一个“交通灯”系统：控制红
黄绿信号灯按照以下顺序循环点亮：“红黄绿黄 红……”，红灯、绿灯和黄灯的亮灯持续时间可以通过 拨码开关独立设置。红灯和绿灯是持续亮灯模式，黄灯则 是闪烁亮灯模式。
第八章 状态机图
构成：状态名称、入口和出口动作、内部转 换、内部活动和可推迟事件等。
状态名称
Enter Password
entry / set echo * exit / set echo normal keypress / handle character help / display help save / defer do / get password
组件符号
4.2 接口
• 定义：也是一种类元，是对一组公共特性 的声明，包括属性和操作，但不包括其实 现。 • 分类： 供给接口：组件实现了该接口，可以对外提 供该接口中的所有操作。 需求接口：组件需要从其他组件中获得的功 能
4.3 工件
• 定义：是系统中的一个物理单元，
<<artifact>> ChatWindow . jar
状态机图 第八章 状态机图
• • • • •
状态机图概述 状态机图基本元素 状态机图基本元素 复合状态 复合状态 子机状态 子机状态 历史状态
1.状态机图概述 状态机图概述
状态机图是描述单一对象在其生命期内受 各种事件的影响而发生的状态变化。 状态机图是展示状态与状态转换的图，它 不仅可以描述对象的行为，也可以用来描述 用例、协作和方法的动态行为。
2. 复合结构图基本元素
• 部件、连接器、端口 部件、连接器、
FriendList
角色名 类型 连接器 多重性 offlineMessage: Message[*] 1 部件 结构化类FriendList 图9.1 结构化类 *
Friend: Client[*]
FriendList
friend : Client [*]
工件符号
协作示例
一般有限状态机的组成
一般有限状态机的组成
一般有限状态机由以下几个组成部分组成：
1. 状态(State)：有限状态机包含一个状态集合，每个状态代表
系统的一个特定状态或条件。
2. 输入(Input)：有限状态机接受一系列输入信号，这些输入信
号触发状态转换。
3. 输出(Output)：有限状态机根据当前状态和输入，可能会产
生输出信号。
4. 状态转换规则(Transition rule)：有限状态机定义了状态之间
的转换规则，这些规则指定了在给定输入条件下如何从一个状态转换到另一个状态。
5. 初始状态(Initial state)：有限状态机在开始时处于初始状态。
6. 终止状态(Terminal state)：有限状态机可能有一个或多个终
止状态，在达到终止状态时，有限状态机停止运行。
7. 常见的有限状态机还可以包含以下特殊类型的状态：超限状态、没有默认转换状态、自环状态等。
这些组成部分共同定义了有限状态机的行为，它们用于描述系统的状态变化及相应的动作。
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第7章 时序逻辑设计原理 Sequential Logic Design Principles
7-8 State-machine structure(状态机结构)
1
Jin. UESTC
Digital Logic Design and Application
State-machine structure(状态机结构)
typically edge-triggered D flip-flops 通常是边沿触发的D触发器
Inputs 输入
Next-state excitation
Logic 激励
F
State current state
Memory
当前 状态 clock
Memory clock
Output Logic
G
outputs
clock signal
Combinational Logic Circuits
Excitation = F(current state, input) excitation equation
Output = G(current state, input) output equation
State transition: from Q to Q* transition equation
4
Prepared by Jin
Digital Logic Design and Application
Example state machine（状态机举例）
next state logic, generate excitation signal State Memory Output Logic
Inputs 输入
clock signal
3
Next-state excitation
Logic 激励
F
State current state
Memory
当前 状态 clock
Output Logic
G
Outputs 输出
output depends on states and inputs 输出取决于状态和输入
—— Mealy machine
Prepared by Jin
Digital Logic Design and Application
Description of Clocked Synchronous State Machine
inputs
Next State Logic
F
excitation
State current state
Output Logic
G
Outputs 输出
clock signal
2
output depends on state only 输出仅取决于状态 —— Moore machine
Prepared by Jin
Digital Logic Design and Application
State-machine structure(状态机结构)
EN EN
EN’
input
Q0 Q0’
Q1 Q1’
D0
Q0
MAX
output
D1
excitation
current state
Q1
clock signal
CCLLKK 5
Prepared by Jin
Digital Logic Design and Application
6
Jin.