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一种扩展有限状态机的语义模型.pdf

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一种扩展有限状态机的语义模型 一种扩展有限状态机的语义模型 杨济 清华大学计算机科学与技术系(100084) email:yangji03@ 摘 要:本文介绍了一种扩展有限状态机的编程语义模型,该模型的特点是:(1)对于外部 输入具有确定的反应;(2)由于模型内部线性空间的存在可以大幅度减少状态的数量;(3) 如果状态数目不能通过内部线性空间减小的时候,可以通过模型的分层来分解问题;(4)可 以在模型内部通过替换的方式,异构的嵌入其它计算模型。 关键词:有限状态机 分层 异构 1.引言 数字电路系统按照功能可以分为数字计算部分和控制逻辑部分,在这两者之间有明显区 别:数据计算部分的功能是为响应系统输入而进行数据操作和数值计算;控制逻辑部分则负 责管理数据计算部分操作的执行顺序以及在连续的操作过程中对系统进行不同模式的切换。 通常用有限状态机来描述和分析控制逻辑。与其它控制流模型相比,有限状态机能够更 加有效的表示系统的控制行为,同时也更加有利于分析和综合。然而,在大系统中控制功能 非常复杂,扁平的有限状态机将因为急剧增大的状态和转换数目而变得不实际。因此,采用 分层的方法能够有效的降低思考和设计的复杂度。 2.扩展有限状态机模型 本节以形式化的方法介绍一种扩展有限状态机模型(EFSM )。EFSM 是一个7元组 {S ,I ,O,D , T , S ,D } [1],其中: 0 0 l m S 代表状态集;I 代表包含 个端口的输入事件集:I 1 ×⋅⋅⋅×I l ;O 代表包含 个端口的 输出事件集: O ×⋅⋅⋅×O ; D 代表 n 维线性空间: D ×⋅⋅⋅×D ; T 代表转换关系: 1 m 1 n S ×D ×I →S ×D ×O ;S0 代表初始状态;D0 代表D 空间的初始值。 输入/输出端口I / O (1≤i ≤l,1≤j ≤m) 包含一个事件集EI / EO ,事件e ∈EI / EO 表示为 i j i j i j n(v),n ∈{name,name},v ∈χ ,其中,name 为事件的名字,name 代表事件出现,name 代表事 件没有出现;χ 则代表任意合法的集合,如自然数集,浮点数集等;v 的含义为:(1)如果 事件e 出现,代表事件e 所携带的值;(2 )如果第一次启动EFSM 的时候e 不出现,则代表e 的默认值;(3 )如果事件e 没有出现,则与上一次执行该 EFSM 时的值相同。 D 中任意一点可以表示为x (x ,⋅⋅⋅, x ) ,点( 0, ⋅⋅⋅,0) 表示为0 。由于D 并不一定必须是 1 n 有限的或者可数无限的,所以 EFSM 不一定只有有限的状态。有序对s,x ∈S ×D 称为 - 1 - 一种扩展有限状态机的语义模型 EFSM 的一个配置[2],配置的集合称为区域[2]。EFSM 的执行可以如下描述: 当 EFSM 的配置为 s,x 并接收到输入 i 时,它将转到配置 t, y 当且仅当 ((s,x,i), (t, y,o)) ∈T ,其中, 是输出。 o 如果给定s ,t,i 以及o ,并且有集合X,Y ⊆D
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