如何设计最优化的状态机(论文资料).docVIP

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如何设计最优化的状态机(论文资料).doc

如何设计最优化的状态机 前言:数字电路通常分为组合逻辑电路和时序电路, 组合逻辑电路 outputs = F(current inputs) 时序电路?????outputs = F(current inputs,past inputs) 有限状态机就是时序电路的数学抽象,一个有限状态机系统包括inputs ,outputs, states .状态机分为同步状态机(synchronous)和异步状态机(asynchronous),异步状态机由于输出信号不稳定,所以不详细讨论,对绝大多数设计来说,用的最广泛的是同步状态机。下面主要讨论了同步状态机的设计。 一.状态机的基础知识 1.1. moore状态机和mealy状态机的区别: 2.1.1moore状态机输出只依赖于及其的当前状态,与输入信号无关。这是moore状态机的优点。下面是moore状态机的模型: moore状态机比较容易用数学的方式来分析,因此被更广泛的用在代数状态机理论中(algebraic FSM theory)。 Mealy状态机输出依赖于机器现在的状态和输入的值,如果输入改变,输出可以在一个时钟周期中将发生了改变。其模型如下: 图的说明:state memory :保存现在的状态(current state??s(t) ) ??????????state transistion function :根据现态和输入x(t),s(t+1)来决定下一个状态。 ??????????Output function :根据s(t)和x(t)来决定最后的输出。 Mealy 状态机通常可以有更少的状态变量,因此在工程领域有更为广阔的应用, 状态变量越少,则所需的存储单元就越少。 下面用简单的实例来具体说明两者编程的区别,和综合出来的结果的不同: Mealy状态机的简单例子: 1.????源程序: ???demo_process:process(clk,reset) ???begin ???????if(reset = 1)then ?????????state????= s0; ?????????out1????= (others=0); ???????elsif rising_edge(clk) then ?????????case state is ?????????????when s0 = if(in1 = 1)then ?????????????????????????state = s1; ?????????????????????????out1??= 1000; ?????????????????????????end if; ?????????????when s1 = if(in1 = 0)then ?????????????????????????state = s2; ??????????????????????????out1 = 1001; ???????????????????????end if; ?????????????when s2 = if(in1 = 1)then ?????????????????????????state = s3; ?????????????????????????out1 = 1100; ???????????????????????end if; ?????????????when s3 = if(in1 = 0)then ?????????????????????????state = s0; ?????????????????????????out1 = 1111; ???????????????????????end if; ?????????????when others = ???????????????????????null; ?????????????end case; ????????end if; end process; modelsim仿真结果: synplify综合结果: 1.模块表示图: 在这张综合图上可以明显得看出红线即input所参与决定的是状态的产生和输出。而且输出out1为了防止输出的波形不好(因为通过组合电路输出的波形不稳定),所以加了一个触发器。 2.门级综合结果(仅作参考): 其中状态机模块编码采用两个触发器,见下图: 所以如果在语言中没有对状态进行编码,那么综合器会自动将编码方式设为顺序编码。 Moore状态机的简单例子: 1源程序: ??demo_process:process(clk,reset) ??begin ???????if(reset = 1)then ????????????state????= s0; ?

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