如何写好状态机

如何写好状态机

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前言

标准状态机分为两种

• 摩尔moore：状态机输出只和当前状态值有关系。以状态机为参考的输出会延迟一拍。优点是输出稳定，不会受到输入的瞬时变化产生坏的影响
• mealy:状态输出和当前有关还和输入有关。输出和状态机变化的节奏保持一致。

状态机可能会遇以下几个问题：

• 状态转换的时候出现过渡状态
• 进入非法状态
• 器件不同，综合出来的情况不同
• 占用资源过多

一、状态机的编码方式

独热码：每一个状态分配一个触发器，一个bit就是一个状态
顺序码：二进制编码。转换过程中出现过过渡状态：不同bit的反转时间不一致，当值出现不期望的数值。如果没有该状态，就会进入非法
格雷码：相邻只有一个变化。如果当前状态跳转方向多于一个，那么格雷码就没优势了。

如果使用三段式状态机，有一个时钟周期的延迟，会等待每一个bit变化OK了再正确采样，这样也体现出三段式的有点（前提是不要违背时序）。因此三段式是比较稳定的。

二、状态机编码

• 一段
• 二段
• 三段
• 两个都是时序逻辑的二段

三、使得综合工具能识别

tip:让综合工具识别了，才能被优化

原则：

• 有默认值
• 算法逻辑和数据路径分离
• 不要在状态机跳转的逻辑中用太多运算，或者把这个运算放在外面去用
• 使用简单的复位机制，用复杂了综合工具不能识别

总结

状态机的注意事项有两个，一个是避免出现非法状态（编码设计、状态切换的布局布线，即组合逻辑和计算影响切换速度，导致时序不满足，出现过度状态），另一个是资源使用。

思考状态机的不同段式的结构：编码、状态机内部跳转、减少跳转过程的组合逻辑、让综合工具能识别到这些来考虑