第五講狀態(tài)機設(shè)計實例

第五講狀態(tài)機設(shè)計實例第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一一、常用描述方式例:設(shè)計如下圖所示的狀態(tài)機:第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一希望綜合得到的電路圖:第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一方式1：次態(tài)進程現(xiàn)態(tài)進程輸出邏輯采用并行語句第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一標準雙進程狀態(tài)機方式2：第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一單進程狀態(tài)機方式3：第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一二、狀態(tài)編碼處理1、枚舉型狀態(tài)編碼：代碼編寫簡單易于維護例：設(shè)計三個狀態(tài)的狀態(tài)機type

STATE_TYPE

is

(START,

MIDDLE,

STOP)

;

signal

STATE

:

STATE_TYPE

;···

case

STATE

is

when

START

=>

···

when

MIDDLE

=>

···

when

STOP

=>

···when

others

=>

···

end

case

;狀態(tài)定義狀態(tài)轉(zhuǎn)移容錯處理采用枚舉定義，無效狀態(tài)不可仿真！第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一2、定義包含無效狀態(tài)的枚舉變量：type

STATE_TYPE

is

(START,

MIDDLE,

STOP,

DUMMY)

;

signal

STATE

:

STATE_TYPE

;···

case

STATE

is

when

START

=>

···

when

MIDDLE

=>

···

when

STOP

=>

···

現(xiàn)在，無效狀態(tài)可以仿真了。但是，可能要枚舉大量的無效狀態(tài)，One-Hot編碼呢？

when

DUMMY

=>

···

--orwhenothers

end

case

;第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一3、推薦：手工狀態(tài)編碼architecture……signal

STATE

:std_logic_vector

(2

downto

0)

;constant

START

:

std_logic_vector

(2

downto

0):=

"001";constant

MIDDLE

:std_logic_vector

(2

downto

0):=

"010";

constant

STOP

:std_logic_vector

(2

downto

0)

:=

"100";begin···

case

STATE

is

when

START

=>

···

when

MIDDLE

=>

···

when

STOP

=>

···

when

others

=>

···

end

case

;···常量編碼：最好的編碼方式,與綜合工具完全無關(guān).第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一三、未定義狀態(tài)處理考慮容錯性，需要定義非法狀態(tài)的轉(zhuǎn)移：whenothers=>next_state<=State0;某些應(yīng)用，成本因素比容錯更重要，可進行忽略處理：將信號current_state和next_state定義為:STD_LOGIC_VECTOR(3downto0)設(shè)計非容錯系統(tǒng)：whenothers=>next_state<="----";使用常量狀態(tài)編碼的狀態(tài)機，必須指明未定義狀態(tài)的處理！1、成本？可靠性？

第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一2、One-hot編碼的容錯技術(shù)

One-hot編碼的優(yōu)點？

One-hot編碼的容錯：對全部非法狀態(tài)定義轉(zhuǎn)移路徑？對狀態(tài)向量各位進行監(jiān)測：有效位是否不等于1例：4狀態(tài)的One-hot編碼狀態(tài)機,

設(shè)狀態(tài)信號的各位為：s0,s1,s2,s3Detect<=(s0and(s1ors2ors3))or(s1and(s0ors2ors3))or (s2and(s0ors1ors3))or(s3and(s0ors1ors2))監(jiān)測到?jīng)_突信號，系統(tǒng)復(fù)位。第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一四、交互式狀態(tài)機的設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)機第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一單向交互式狀態(tài)機交互式狀態(tài)機的結(jié)構(gòu)(一)第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一雙向交互式狀態(tài)機交互式狀態(tài)機的結(jié)構(gòu)(二)第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一例：設(shè)計電路，完成如下數(shù)據(jù)處理功能：輸入是4位的數(shù)據(jù)序列，輸出是9位數(shù)據(jù)流，要求對連續(xù)的3個或4個輸入序列為一組進行處理，得到相應(yīng)分別為2個或3個一組的9位輸出序列，并滿足下式：當一組輸入為4個數(shù)據(jù)（即ThreeOnly=0

時）

Y1=A.B+A.C Y2=A.D+B.C Y3=B.D+C.D當一組輸入為3個數(shù)據(jù)（即ThreeOnly=1

時）

Y1=A.B+A.C Y4=B.C第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一數(shù)據(jù)路徑原理圖第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一數(shù)據(jù)通道代碼第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一主從式狀態(tài)機第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一主從式狀態(tài)機的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖主狀態(tài)機從狀態(tài)機第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一主從式狀態(tài)機代碼第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一主從式狀態(tài)機代碼第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一串行式狀態(tài)機第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一串行式狀態(tài)機的