状态机详解（一段式、二段式、三段式）

一、有限状态机FSM（Finite State Machine）

• 组成元素：

        输入、状态、状态转移条件、输出。

• 可以分为两类：

        Mealy状态机：时序逻辑的输出不仅取决于当前状态，还与输入有关；

        Moore状态机：时序逻辑的输出只与当前状态有关。

• 描述方式：

        ① 状态转移图：设计分析时使用，工具自动翻译的代码效率不高，适合规模小的设计；对于大规模设计，HDL更好；

        ② 状态转移表；

        ③ HDL描述。

• 设计步骤：

        ① 逻辑抽象，得到状态转移图：确定输入、输出、状态变量、画状态转移图；

        ② 状态简化，得到最简的状态转移图：合并等价状态（它们的输入相同，转换到的次态和输出也相同的两个或两个以上的状态）；

        ③ 状态编码：binary、gray、one-hot编码方式；

        ④ 用HDL描述。

二、Coding Style

• 一段式：

        只有一个always block，把所有的逻辑（输入、输出、状态）都在一个always block的时序逻辑中实现。这种写法看起来很简洁，但是不利于维护，如果状态复杂一些就很容易出错，不推荐这种方法。

        在简单的状态机可以使用。

• 二段式：

        有两个always block，把时序逻辑和组合逻辑分隔开来。时序逻辑里进行当前状态和下一状态的切换，组合逻辑实现各个输入、输出以及状态判断。这种写法不仅便于阅读、理解、维护，而且利于综合器优化代码，利于用户添加合适的时序约束条件，利于布局布线器实现设计。在两