同步状态机的原理、结构及设计.ppt

同步状态机的原理、结构和设计;FSM;状态机一般定义;什么是状态机;为什么使用状态机;输入集合 A;S;nn;FSM应用;FSM 构成;FSM分类;Moore型状态机设计方法;Moore型状态机设计方法;Mealy型状态机设计方法; Mealy型状态机输出不仅和存储电路状态有关，还和外部输入信号有关，即: 外部输出是内部状态和外部输入的函数;Example of a 5-state Mealy FSM;;;Example of a 5-state Moore FSM;;verilog语言描述FSM的建立过程;Mealy状态机：如果时序逻辑的输出不仅取决于状态还取决于输入，那么称之为Mealy机。而有些时序逻辑电的输出只取决于当前状态，即输出信号=G（当前状态），这样的就称为Moore状态机。;两种电路结构除了在输出电路部分有些不同外，其他地方都是相同的。在设计高速电路时，常常有必要使状态机的输出与时钟几乎完全同步。有一个办法是把状态变量直接用作输出，为此在指定状态编码时多费一些脑力，有可能会多用几个寄存器。 设计告诉状态机还有一个办法，在输出逻辑G后面再加一组与时钟同步的寄存器输出流水线寄存器，让G所有的输出信号在下一个时钟跳变沿时同时存入寄存器组，即完全同步的输出，这种输出称为流水线化的输出的Mealy状态机。;Flip-Flops;FSM performance ;FSM Equations ;To move the FSM to state 01 the next state logic must produce ‘1’ on D2 and ‘0’ on D1.;The output logic can be easily derived as a logical sum of all the states where ‘1’ on the output is produced (Moore).;Moore型FSM信号输出方法;FSM输出方法1;FSM输出方法2;FSM输出方法3;FSM输出方法4;FSM的容错设计;状态机的状态编码 有限状态机设计是基于状态描述的，因此首先必须对系统中的每一个工作状态有一个合理的表达。对于设计者而言，为了表达简捷方便通常使用符号化状态机。 例如： 二进制编码方案：是用N位二进制数，表示M个工作状态，当然必须满足2N大于等于M。 一位热码编码方案：用N位二进制数表示N个状态，每一位编码对应一个触发器，状态机中的每个状态都由其中一个触发器的状态来表示。 ;Choose bit vectors to assign to each “symbolic” state With n state bits for m states there are 2n! / (2n – m)! state assignments [log n = m = 2n] 2n codes possible for 1st state, 2n–1 for 2nd, 2n–2 for 3rd, … Huge number even for small values of n and m Intractable for state machines of any size Heuristics are necessary for practical solutions Optimize some metric for the combinational logic Size (amount of logic and number of FFs) Speed (depth of logic and fanout) Dependencies (decomposition);State Assignment Strategies;One-hot State Assignment;The encoding style for an FSM has a high impact on the quality of the FSM implementation in timing, area, power, and other attributes. Some of the most common encoding styles include one-hot encoding, Gray encoding, and minimum encoding. The one-hot-encoding style means that only one bit of the state registers can be at one for any given state of the FSM.