001-初识状态机

Posted 2020-08-09

状态机 FPGA的灵魂

状态机的设计贯穿FPGA设计的始终

一、状态机的概念

1.状态机简述　　

　　状态机：描述状态变迁的状态转移图，体现系统对外界事件的反应和行为。

　　有限状态机（FSM）：状态节点数和输入、输出范围有限的状态机。

2.状态机的组成六要素

　　（1）状态集合   （必备要素）：包含了状态机所能达到的所有状态。

　　（2）初态         （必备要素）：是整个状态机开始工作的起点。初态是一个相对的参考态。

　　（3）终态　　   （）　　　　：状态机的结束状态。事实上，大部分运行在FPGA上的状态机是没有终态的。

　　（4）输入符号集（主要因素）  ：驱动状态机进行状态转换的主要因素，状态机的状态转换其实并不一定需要外界的触发条件，但大部分运行在FPGA上的状态机还是需要输入符号集的，至少大多数情况下，它们需要一个复位信号来让状态机进入初态。

　　（5）输出符号集（必备要素）  ：状态机传递给外界的反馈。

　　（6）状态转移函数（必备因素）：决定了状态机的行为。最重要的一个组成因素。

3.状态机的工作四要素

　　（1）现态：状态机当前所属状态。

　　（2）输入：一般指外部事件。根据输入信号是异步的还是同步的可分为异步状态机和同步状态机，鉴于稳定性考虑，都是进行同步化处理后，设计为同步状态机。

　　（3）输出：由现态或者现态和输入共同决定

　　（4）次态：根据现态、输入及转移函数所得出的，状态机将要跳转至的新状态。次态是相对于现态而言的，一旦状态迁移完成，次态便成了新的现态。

二、状态机的模型

 　　三种基本模型--Moore、Mealy和Mix，即摩尔型、米利型和混合型

　　1.Moore型状态机：输出仅由现态决定。细分为Moore1型、Moore2型、Moore3型

　　（1）Moore 1 型

　　

 

 　　（2）Moore 2 型

 　　（2）Moore 3 型

　　2.Mealy型状态机：输出由现态和输入共同决定。细分为Mealy1型、Mealy2型、Mealy3型

　　（1）Mealy 1 型