1、什么是狀態(tài)機(jī)建模

狀態(tài)機(jī)建模是使用狀態(tài)圖和方程式的手段，創(chuàng)建基于混合信號(hào)的有限狀態(tài)機(jī)模型的一種建模工具。

狀態(tài)圖具有強(qiáng)大的視覺(jué)特征，在設(shè)計(jì)的早期階段，使用狀態(tài)圖能夠?qū)?fù)雜的系統(tǒng)行為抽象為更高層次的模型，而狀態(tài)機(jī)建模工具具有將基于行為狀態(tài)模型與系統(tǒng)關(guān)聯(lián)起來(lái)的獨(dú)特功能。

狀態(tài)機(jī)建模工具可以生成基于MAST、VHDL-AMS和Verilog-A語(yǔ)言的仿真模型。使用狀態(tài)機(jī)建模工具不需要系統(tǒng)的訓(xùn)練，不需要懂專業(yè)的建模語(yǔ)言語(yǔ)法，上手非常容易。

狀態(tài)機(jī)建模工具主要應(yīng)用于：電源控制管理或電路控制、離散時(shí)間控制、事件控制等場(chǎng)合。

2、狀態(tài)機(jī)建模工具介紹

打開(kāi)SaberRD，在Model標(biāo)簽欄下單擊狀態(tài)機(jī)建模按鈕，進(jìn)入建模界面。

如上圖所示，狀態(tài)機(jī)建模界面可分為三部分：拓?fù)渚庉媴^(qū)，變量編輯區(qū)和狀態(tài)圖編輯區(qū)。

l 拓?fù)渚庉媴^(qū)：定義模型接口及接口屬性；

l 變量編輯區(qū)：定義與模型相關(guān)的變量

l 狀態(tài)圖編輯區(qū)：定義模型內(nèi)部各個(gè)變量之間的邏輯關(guān)系及使用公式對(duì)變量進(jìn)行行為描述

2.1. 拓?fù)渚庉媴^(qū)

進(jìn)行狀態(tài)機(jī)建模首先需要定義狀態(tài)機(jī)拓?fù)洌ǘx狀態(tài)機(jī)的接口，及接口屬性。

接口有三種類型：分支型，輸入型，輸出型。當(dāng)定義的接口為輸入或輸出端口時(shí)，對(duì)應(yīng)在右側(cè)變量區(qū)域會(huì)有相同名稱的變量生成；當(dāng)接口定義為分支型接口時(shí)，該接口包含through和across型變量。

2.1.1. 分支型終端

分支型終端可以使得系統(tǒng)內(nèi)部各元素之間進(jìn)行能量的交換，遵循能量守恒定律。能量的端口類型包括：電，磁，機(jī)械，熱。每一種分支型端口包含一對(duì)跨接（across）和（導(dǎo)通）through型變量，如電類型端口包含電壓和電流兩種信息。電壓大小代表潛在驅(qū)動(dòng)能力，而導(dǎo)通型變量電流表示流量的大小。分支型終端可以是差分形式或者是單端形式。

下圖是幾種分支型終端的類型定義。

2.1.2. 輸入/輸出端口定義

輸入端口和輸出端口功能類似，下文表述以輸入端口為例，對(duì)于輸出端口同樣適用。

輸入端口不包含能量守恒信息，用于多算法控制或者邏輯控制，變量類型分別對(duì)應(yīng)Continuous和State，如下圖所示。Continuous變量是連續(xù)變量，用于基于時(shí)間的算法控制，State是狀態(tài)變量，用于基于事件驅(qū)動(dòng)的控制。

輸入輸出端口的單位有多種類型，如下圖所示。對(duì)于控制類的，多使用無(wú)單位的。

輸入輸出端口定義好后，對(duì)應(yīng)的在右側(cè)變量區(qū)會(huì)出現(xiàn)相同名稱的變量，如下圖所示：

2.2. 變量編輯

定義好接口拓?fù)浜螅乱徊骄褪嵌x模型中需要用到的變量。包括靜態(tài)變量，連續(xù)型continuous和狀態(tài)型state變量。同時(shí)還可以定義數(shù)組，和函數(shù)。

2.2.1. 靜態(tài)變量 Static

靜態(tài)變量是指在整個(gè)瞬態(tài)仿真過(guò)程中，變量參數(shù)不變。定義靜態(tài)變量時(shí)，需要注意區(qū)分是模型參數(shù)還是內(nèi)部參數(shù)。如下圖所示。

模型參數(shù)就相當(dāng)于定義模型的外部參數(shù)，變量值在模型初始化時(shí)可以參量化設(shè)置。

而內(nèi)部參數(shù)多是通過(guò)一個(gè)表達(dá)式由其他模型參數(shù)計(jì)算而來(lái)。

例如定義了一個(gè)模型變量a，再定義一個(gè)內(nèi)部參數(shù)靜態(tài)變量b，b=a*100，定義式如下圖所示：

2.2.2. 連續(xù)型變量

連續(xù)型變量用在基于連續(xù)時(shí)間狀態(tài)的仿真應(yīng)用中。一般使用等式進(jìn)行賦值。狀態(tài)機(jī)變量中包括的類型有4種：

n 分支型連續(xù)變量（包含一對(duì)跨接（across）和（導(dǎo)通）through型變量）

n 輸入型連續(xù)變量（控制型輸入變量）

n 內(nèi)部連續(xù)變量

n 輸出連續(xù)變量（控制型輸出變量）

2.2.3. 狀態(tài)型變量

狀態(tài)型變量用于基于事件驅(qū)動(dòng)的離散時(shí)間仿真應(yīng)用中。狀態(tài)型變量一般在state exit，state entry，initial actions時(shí)進(jìn)行賦值。

2.3. 狀態(tài)機(jī)狀態(tài)圖編輯

狀態(tài)機(jī)狀態(tài)圖編輯包含：States、Transitions、Blocks、Clocks

2.3.1. States

states本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)布爾型變量，它的狀態(tài)可以是激活和非激活狀態(tài)。

? AnalogEquation:連續(xù)型變量的賦值或state變量賦值

可以賦值基于連續(xù)變量的公式continuous variable equation如：a=b+c等價(jià)于b+c；a=b*cos(a)；b+c

可以賦值state equation

? Initial/Enty/Exit :state型變量賦值，只能給內(nèi)部或輸出state variables賦值。Initial在做DC分析時(shí)使用，Entry:狀態(tài)激活時(shí)賦值；Exit：狀態(tài)退出時(shí)賦值內(nèi)容。

賦值形式variable = expression。

允許使用if-else語(yǔ)句。例子：

Processes 進(jìn)程

進(jìn)程概念允許并發(fā)激活狀態(tài)。單個(gè)進(jìn)程是一組不能同時(shí)激活的獨(dú)占狀態(tài)，但是處于不同進(jìn)程的狀態(tài)可以同時(shí)激活。如下圖所示是一個(gè)2個(gè)進(jìn)程狀態(tài)機(jī)。共有狀態(tài)3*4=12個(gè)狀態(tài)。

2.3.2. Transitions

定義狀態(tài)之間切換的條件及過(guò)程。條件是一個(gè)布爾型結(jié)果或變量

l Transition condition：>, <, <=, >=, &, |, ==, =, !=, timeout, active, event_on (note that == and = are equivalent)

n timeout function定義一個(gè)關(guān)于時(shí)間的公式，超過(guò)這個(gè)時(shí)間，就會(huì)觸發(fā)狀態(tài)變化。timeout(1)&&(a>b) becomes true whenever "a" becomes greater than "b" after one second has elapsed since state entry

n active function：使用states的名稱作為參數(shù)，用于進(jìn)程之間的跳變

n event_on function：state變量作為參數(shù)，event_on(clk)&&(clk==’1’)

l Transition action：(after any state or block exit actions and before any state or block entry actions)，規(guī)則同entry actions。

2.3.3. Blocks

允許多個(gè)states共享transition和actions

Block有Entry Action和Exit Action屬性。設(shè)計(jì)規(guī)則與state 中的Action是一樣的。如下，Block狀態(tài)切換發(fā)生在從S1的Exit Action之后，S2的Enter Action之前。

2.3.4. Clocks

Clock允許某些動(dòng)作周期性的發(fā)生，但是與state是否激活無(wú)關(guān)。