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关于一阶状态机跳转问题的研究与心得

2012-02-20 12:25 155 查看
转自：/article/5145125.html

简单来说，HDL的精髓就是if、case、FSM（有限状态机），而if、case通常又是伴随在状态机之中的。所以，状态机的重要性是毋庸置疑的。通常，在一个always或者process中，用到的都是一阶的状态机比较多，二阶以上的较复杂，代码可读性不高，所以不用常见，也极少用到。

状态机的核心在于状态的跳转，也是很多初学者头疼的地方，尤其是当一个状态机里的状态数超过10个的时候，考虑不周，很容易混乱。本文中，笔者将用一种新方式来控制状态机的跳转，不同于Xilinx或Altera的参考CodingStyle。虽然不一定是最好的，但是仍有一定的借鉴价值，供读者参考交流。

通常，我们是这样定义状态机的：
verilog:
parameterst1=8'b00000001;
parameterst2=8'b00000010;
parameterst3=8'b00000100;
parameterst4=8'b00001000;
parameterst5=8'b00010000;
parameterst6=8'b00100000;
parameterst7=8'b01000000;
parameterst8=8'b10000000;
reg[7:0]state=st1;


VHDL:
typestate_valueis(st1,st2,st3,...);
signalstate:state_value:=st1;


这样定义状态机，就需要我们对每个状态机的功能、跳转条件非常清楚，当然，这也是必须的。

而有的时候，初学者，是一边写代码一边思考的，到底要定义多少状态数、每个状态的跳转条件，不一定都是非常清楚的。所以，如果这时候还用上述的方式定义状态机，就可能需要一边写一边修改状态机的定义。状态多到一定程度的时候，自己可能就乱了，糊涂了。那么，有没有一种更好的方法来定义状态机，省去这样的麻烦呢？答案：有！肯定有！必须有！

笔者的思路是这样的：将状态机的状态转理解成CPU中的中断向量地址，然后将状态大概分成几类，每类状态提供一个入口地址。这样，我们仅需要清楚这几类状态的入口状态跳转条件即可，状态数的增加并不会增加状态机的复杂度。

状态机的定义：
verilog:
parameterst_init=8'd0;
parameterst_read_data=8'd10;
parameterst_math=8'd20;
parameterst_write_data=8'd30;
reg[7:0]state=st_init;

VHDL:
constantst_init:integer:=0;
constantst_read_data:integer:=10;
constantst_math:integer:=20;
constantst_write_data:integer:=30;
signalstate:integerrange0to255:=0;


假设状态机分成这样几类：初始化(st_init)、取数据(st_read_data)、数学处理(st_math)、写数据(st_write_data)，每个类状态都不止一个，所以给第类状态预留了10个状态数的间隔。当然，这只是例子。

这样，在写状态机代码的时候，可以这样写：
verilog:
case(state)
st_init:
st_init+1:
st_init+2:
st_math:
st_math+1:
st_math+2:
st_read_data:
st_read_data+1:
st_read_data+2:
st_write_data:
st_write_data+1:
st_write_data+2:
default:
endcase

VHDL:
casestateis
whenst_init=>
whenst_init+1=>
whenst_init+2=>
whenst_read_data=>
whenst_read_data+1=>
whenst_read_data+2=>
whenst_math=>
whenst_math+1=>
whenst_math+2=>
whenst_write_data=>
whenst_write_data+1=>
whenst_write_data+2=>
whenothers=>
endcase;


状态机在同一类状态下，只需要自加1就可以了，而在同类最后一个状态才要进行状态的跳转判断，这样状态的跳转就变得容易控制了。

虽然可能看上去与一般的状态机写法和跳转法则没太大的区别，但这确实是笔者在实际应用中写代码的时候思考和探索过的问题，也确实在一定程度上减轻了状态数很多的情况下跳转问题的复杂度。
                                            

                                        

                        
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