如何设计最优化的状态机

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1、如何设计最优化的状态机前言：数字电路通常分为组合逻辑电路和时序电路，组合逻辑电路outputs=F(currentinputs)时序电路     outputs=F(currentinputs,pastinputs)有限状态机就是时序电路的数学抽象，一个有限状态机系统包括inputs,outputs,states.状态机分为同步状态机（synchronous）和异步状态机(asynchronous),异步状态机由于输出信号不稳定，所以不详细讨论，对绝大多数设计来说，用的最广泛的是同步状态机。下面主要讨论了同步状态机的设计。一．状态

2、机的基础知识1．1.moore状态机和mealy状态机的区别：2．1．1moore状态机输出只依赖于及其的当前状态，与输入信号无关。这是moore状态机的优点。下面是moore状态机的模型：moore状态机比较容易用数学的方式来分析，因此被更广泛的用在代数状态机理论中（algebraicFSMtheory）。Mealy状态机输出依赖于机器现在的状态和输入的值，如果输入改变，输出可以在一个时钟周期中将发生了改变。其模型如下：图的说明：statememory:保存现在的状态(currentstate  s(t))          s

3、tatetransistionfunction:根据现态和输入x(t),s(t+1)来决定下一个状态。          Outputfunction:根据s(t)和x(t)来决定最后的输出。Mealy状态机通常可以有更少的状态变量，因此在工程领域有更为广阔的应用，状态变量越少，则所需的存储单元就越少。下面用简单的实例来具体说明两者编程的区别，和综合出来的结果的不同：Mealy状态机的简单例子：1．    源程序：   demo_process:process(clk,reset)   begin       if(reset='

4、1')then         state    <=s0;         out1    <=(others=>'0');       elsifrising_edge(clk)then         casestateis             whens0=>if(in1='1')then                         state<=s1;                         out1  <="1000";                         endif;           

5、  whens1=>if(in1='0')then                         state<=s2;                          out1<="1001";                       endif;             whens2=>if(in1='1')then                         state<=s3;                         out1<="1100";                       endif;  

6、           whens3=>if(in1='0')then                         state<=s0;                         out1<="1111";                       endif;             whenothers=>                       null;             endcase;        endif;endprocess;modelsim仿真结果：synplify综合结果：1．模块表示图

7、：在这张综合图上可以明显得看出红线即input所参与决定的是状态的产生和输出。而且输出out1为了防止输出的波形不好（因为通过组合电路输出的波形不稳定），所以加了一个触发器。2．门级综合结果（仅作参考）：其中状态机模块编码采用两个触发器，见下图：所以如果在语言中没有对状态进行编码，那么综合器会自动将编码方式设为顺序编码。Moore状态机的简单例子：1源程序：  demo_process:process(clk,reset)  begin       if(reset='1')then            state    <=s

8、0;            out1        <=(others=>'0');elsifrising_edge(clk)then            casestateis                  whens0=>if(in1='