读书笔记之状态机
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发表于 2012/10/22 16:55:52
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花了几天的时间，终于看完了《Xlinx FPGA设计基础》一书。虽然是一本比较入门基础的书籍，但是还是颇有收获的。曾经听一培训老师说过，玩FPGA就是玩状态机，就自己目前水平而言，我不敢断言这句话正确与否，但是状态机是建模中使用非常普遍的一种建模结构。下面我就结合该书，对状态机做一下总结。
状态机可以分为两类，Mealy型和Moore型。如何区分这两种状态机呢？本质区别是Moore型状态机的输出只与模块的当前状态有关，而Mealy型状态机的输出与模块的当前状态和当前的输入信号都有关系。然而，一般工程设计中遇到的状态描述问题都不是单纯的Moore型或单纯的Mealy型，而是他们的混合结构。一个完整的状态机包括状态的描述和状态机的描述。下面分别来讲述一下这两个部分。
1、状态的描述
（1）用枚举的方式定义状态机工作的不同状态。
ex：type my_state is (s0,s1,s2,...)
通常，各个状态使用具有对应含义的名称，比如s0这个状态完成一些初始化的操作，我们可以将这一状态描述为init，这样做的目的是增强代码的可读性。
（2）将每一个工作状态用一个常量定义
ex：subtype my_state is std_logic_vector(0 to 5)--定义一个子类型
constant s0 : my_state:="00001";
constant s1 : my_state:="00010
2、状态机的描述
（1）单进程描述
ex：process(clk,rst)
begin
if(rst='1')then
state <= s0;
elsif rising_edge(clk) then
case state is
when s0=>...
when s1=>...
...
在代码中只定义了一个state，输入信号控制不同状态之间的跳转。但是这种方法有一个致命的缺陷，就是在每一个输出端都会综合出一个寄存器，只有当时钟信号有效时，输出才会有效，带来的后果就是增加了一个周期的时延，而且还会浪费FPGA的逻辑资源。
（2）多进程描述
ex：process(clk,rst)
begin
if(rst='1')then
current_state <= s0;
elsif rising_edge(clk) then
current_state <= next_state;
end if;
end process;
process(current_state,ina,inb,...)
begin
case current_state is
when s0 =>...
when s1 =>...
...
end case;
end process;
多进程的描述从代码书写风格上就可以看出来，就是使用多个进程来描述状态机，。这种结构增强了代码的可读性，同时也省去了不必要的寄存器。
