独热码one-hot code

      1.独热码概念     

       独热码，在英文文献中称做 one-hot code, 直观来说就是有多少个状态就有多少比特，而且只有一个比特为1，其他全为0的一种码制。通常，在通信网络协议栈中，使用八位或者十六位状态的独热码，且系统占用其中一个状态码，余下的可以供用户使用。

       例如，有6个状态的独热码状态编码为：000001，000010，000100，001000，010000，100000。

再如，有十六个状态的独热码状态编码应该是：0000000000000001，0000000000000010，0000000000000100，0000000000001000，0000000000010000，0000000000100000 ，……，10000000000000000。但是通常我们为了方便书写，将二进制简化为十六进制表示(从右往左每四位二进制位用一位十六进制数表示)，那么，以上十六状态的独热码可以表示成0x0001, 0x0002, 0x0004, 0x0008, 0x0010, 0x0020, ……, 0x8000（其中的0x是十六进制的前缀表示，在诸如PLC等程序中也有其他表示方法）。

2.码制和数制

码制和数制不一样。制，是表示“方法”：码制就是编码方法；数制，就是计数方法。

编码可以表示任何人为赋予的含义，可以是逻辑的，也可以是非逻辑的，编码没有大小之分，也可称作代码。 编码没有位权，或者说每位是平等的，每个位上数字比较大小是没有意义的。数码（编码）就是利用数字或字母来做记号的一串编码或者指其中某位编码数。这里应该注意，编码对应的数字其值也可以是有大小的数或者其他量。

数制，也称计数制度，计数方法（注意这里计数不是记数），数有大小之分，每一位有权重。常见的数制有：二进制，十进制，十六进制，六十进制等。

利用某种特定数制形式来编码，称作某进制编码，但是这个编码并不一定等同于该进制的数（计数）。二进制编码也可称连续编码，也就是码元值的大小是连续变化的，逢二进一。比如000,001,010,011,100,101。

数和码也有联系，通常用在数字逻辑中的码制有，格雷码（就是两个码之间只差1位不同，000，001，011，010，110，100）、BCD码、8421BCD码、余三码、ASCII码等。

3.Binary（二进制编码）、gray-code（格雷码）和one-hot（独热码）编码对比

二进制编码、格雷码编码使用最少的触发器，消耗较多的组合逻辑，而独热码编码反之。独热码编码的最大优势在于状态比较时仅仅需要比较一个位，从而一定程度上简化了译码逻辑。虽然在需要表示同样的状态数时，独热编码占用较多的位，也就是消耗较多的触发器，但这些额外触发器占用的面积可与译码电路省下来的面积相抵消。

Binary（二进制编码）、gray-code（格雷码）编码使用最少的触发器，较多的组合逻辑，而one-hot（独热码）编码反之。one-hot 编码的最大优势在于状态比较时仅仅需要比较一个bit，一定程度上从而简化了比较逻辑，减少了毛刺产生的概率。由于CPLD更多地提供组合逻辑资源，而FPGA更多地提供触发器资源，所以CPLD多使用gray-code，而FPGA多使用one-hot编码。另一方面，对于小型设计使用gray-code和binary编码更有效，而大型状态机使用one-hot更高效。