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如何設(shè)計(jì)最優(yōu)化的狀態(tài)機(jī) （經(jīng)驗(yàn)介紹）
作者：hziee2003　欄目：EDA技術(shù)
如何設(shè)計(jì)最優(yōu)化的狀態(tài)機(jī) （經(jīng)驗(yàn)介紹）
如何設(shè)計(jì)最優(yōu)化的狀態(tài)機(jī)
前言：數(shù)字電路通常分為組合邏輯電路和時(shí)序電路，
組合邏輯電路 outputs = F(current inputs)
時(shí)序電路     outputs = F(current inputs,past inputs)
有限狀態(tài)機(jī)就是時(shí)序電路的數(shù)學(xué)抽象，一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)系統(tǒng)包括inputs ,outputs, states .狀態(tài)機(jī)分為同步狀態(tài)機(jī)（synchronous）和異步狀態(tài)機(jī)(asynchronous),異步狀態(tài)機(jī)由于輸出信號(hào)不穩(wěn)定，所以不詳細(xì)討論，對(duì)絕大多數(shù)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，用的最廣泛的是同步狀態(tài)機(jī)。下面主要討論了同步狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)。

一．狀態(tài)機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)
1．1. moore狀態(tài)機(jī)和mealy狀態(tài)機(jī)的區(qū)別：
2．1．1moore狀態(tài)機(jī)輸出只依賴于及其的當(dāng)前狀態(tài)，與輸入信號(hào)無(wú)關(guān)。這是moore狀態(tài)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。下面是moore狀態(tài)機(jī)的模型：

moore狀態(tài)機(jī)比較容易用數(shù)學(xué)的方式來(lái)分析，因此被更廣泛的用在代數(shù)狀態(tài)機(jī)理論中（algebraic FSM theory）。

Mealy狀態(tài)機(jī)輸出依賴于機(jī)器現(xiàn)在的狀態(tài)和輸入的值，如果輸入改變，輸出可以在一個(gè)時(shí)鐘周期中將發(fā)生了改變。其模型如下：

圖的說(shuō)明：state MEMORY :保存現(xiàn)在的狀態(tài)(current state  s(t) )
          state transistion function :根據(jù)現(xiàn)態(tài)和輸入x(t),s(t+1)來(lái)決定下一個(gè)狀態(tài)。
          OUTPUT function :根據(jù)s(t)和x(t)來(lái)決定最后的輸出。
Mealy 狀態(tài)機(jī)通�？梢杂懈俚臓顟B(tài)變量，因此在工程領(lǐng)域有更為廣闊的應(yīng)用，
狀態(tài)變量越少，則所需的存儲(chǔ)單元就越少。

下面用簡(jiǎn)單的實(shí)例來(lái)具體說(shuō)明兩者編程的區(qū)別，和綜合出來(lái)的結(jié)果的不同：

Mealy狀態(tài)機(jī)的簡(jiǎn)單例子：
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仿真結(jié)果：

synplify綜合結(jié)果：






1．模塊表示圖：

在這張綜合圖上可以明顯得看出紅線即input所參與決定的是狀態(tài)的產(chǎn)生和輸出。而且輸出out1為了防止輸出的波形不好（因?yàn)橥ㄟ^(guò)組合電路輸出的波形不穩(wěn)定），所以加了一個(gè)觸發(fā)器。
2．門級(jí)綜合結(jié)果（僅作參考）：


其中狀態(tài)機(jī)模塊編碼采用兩個(gè)觸發(fā)器，見(jiàn)下圖：

所以如果在語(yǔ)言中沒(méi)有對(duì)狀態(tài)進(jìn)行編碼，那么綜合器會(huì)自動(dòng)將編碼方式設(shè)為順序編碼。


Moore狀態(tài)機(jī)的簡(jiǎn)單例子：
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;
                            end if;
                            out1  <= "1000";
                  when s1 => if(in1 = '0')then
                              state <= s2;
                             end if;
                            out1 <= "1001";
                  when s2 => if(in1 = '1')then
                              state <= s3;
                            end if;
                   
2樓： >>參與討論
吳明詩(shī)
摟主辛苦了，頂一下
 
3樓： >>參與討論
hqgboy
好。。。。。。。。。
 
4樓： >>參與討論
代成志
怎么看不見(jiàn)圖呢？？
好文
5樓： >>參與討論
lwsmile
樓主好人啊!
辛苦了樓主!
可是看不見(jiàn)圖啊!
6樓： >>參與討論
tuo176
看不見(jiàn)圖啊，不過(guò)分析的不錯(cuò)��！
 
7樓： >>參與討論
n3207
如果在這里貼圖不方便，可以上傳PDF的格式，方便大家閱讀
 
8樓： >>參與討論
julianmoon
EDA 技術(shù)
好東西啊，但是能看到圖就更好拉！
9樓： >>參與討論
Faucon
Re
看不見(jiàn)圖啊
10樓： >>參與討論
peiassaa
回復(fù)
有東西大家來(lái)分享。。樓主做的不錯(cuò)啊
11樓： >>參與討論
pzlvisiter
好累啊
 
12樓： >>參與討論
月光寶盒
樓主辛苦！·
 
13樓： >>參與討論
劍寒情暖
辛苦
 
14樓： >>參與討論
yezaixiao
好東西
好東西，頂，頂，頂！
15樓： >>參與討論
4wolf
寫(xiě)得好,還有好的分享嗎?
謝謝
16樓： >>參與討論
future_god
樓主辛苦了,不過(guò)我看不大懂啊
 
17樓： >>參與討論
sagestar
ok
不錯(cuò),加油
18樓： >>參與討論
無(wú)常
作個(gè)記號(hào)
好東西
19樓： >>參與討論
wang_4972
看不見(jiàn)圖，建議摟主，給出Pdf版本
分析的很好，想看圖
20樓： >>參與討論
ryan999
ddffdfdfd
 
21樓： >>參與討論
leonyang
辛苦拉
 
22樓： >>參與討論
robshine
無(wú)圖
急，怎么沒(méi)圖的？
23樓： >>參與討論
laurel_lei
收下了
 
24樓： >>參與討論
jds9710
謝謝了,樓主
 
25樓： >>參與討論
kugou
簡(jiǎn)單，易入手！
 
26樓： >>參與討論
wuhanmcu
樓主厲害！
 
27樓： >>參與討論
zyz013920
好帖!
好帖!
28樓： >>參與討論
李海松
高
   看你寫(xiě)的好�？墒俏乙稽c(diǎn)也看不明的。我也是個(gè)電子愛(ài)好者。學(xué)的還是電子以為自已知道一點(diǎn)�，F(xiàn)在明的白了，電子的深。以后還要多多學(xué)， 
29樓： >>參與討論
lspower
我還看不懂
 
30樓： >>參與討論
sunhuaiyi
好文章，支持！
 
31樓： >>參與討論
sharn
好象沒(méi)圖！
 
32樓： >>參與討論
解牛
很經(jīng)典 很簡(jiǎn)練
可是為什么看不見(jiàn)圖呢 
33樓： >>參與討論
ddc21ic
很詳細(xì)，辛苦了，謝謝樓主的奉獻(xiàn)！！
 
34樓： >>參與討論
伊萊克斯
寫(xiě)單片機(jī)程序也推薦使用MOORE模型
我一直就是這么干的,感覺(jué)這樣寫(xiě)思路很清楚.
35樓： >>參與討論
seal0072
book mark
GOOD thing!
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