有限状态机的基本描述

8．5　有限状态机的基本描述

有限状态机虽然可以有多种不同的描述方式，但是为了使综合工具可以将一个完整的VHDL源代码识别为有限状态机，还必须遵循一定的描述规则。描述规则规定，一个有限状态机的VHDL描述应该包括以下内容：

（1）至少包括一个状态信号，它们用来指定有限状态机的状态；

（2）状态转移指定和输出指定，它们对应于控制单元中与每个控制步有关的转移条件；

（3）时钟信号，用它可以进行同步；

（4）同步和异步复位信号。

上面的第（1）至第（3）条内容是一个有限状态机的VHDL描述所必须包括的，对于第（4）条内容有些源代码可以不包括，但对于一个实际应用的有限状态机来说，复位信号是不可少的，故将同步和异步复位信号也列在上面。

在描述有限状态机的过程中，常用的描述方式有三种：三进程描述方式、双进程描述方式和单进程描述方式（见表8．5．1）。

表8．5．1　有限状态机的描述方式列表

三进程描述就是指在VHDL源代码的结构体中，用三个进程语句来描述有限状态机的行为。一个进程用来进行有限状态机中的次状态逻辑的描述，一个进程用来进行有限状态机中的状态寄存器的描述，还有一个进程用来进行有限状态机中的输出逻辑的描述。

所谓双进程描述就是指在VHDL源代码的结构体中，用两个进程语句来描述有限状态机的行为。一个进程用来进行有限状态机中的次状态逻辑、状态寄存器和输出逻辑中的任何两个的描述，剩下的用另一个进程来描述。

所谓单进程描述就是将有限状态机中的次状态逻辑、状态寄存器和输出逻辑在VHDL源代码的结构体中用一个进程语句来描述的行为。

采用三进程描述方式和双进程描述方式中的形式1来描述有限状态机时，可以把有限状态机的组合逻辑部分和时序逻辑部分分开，这样有利于对有限状态机的组合逻辑部分和时序逻辑部分进行测试。不同的描述方式对于综合的结果影响很大，一般来说，三进程描述方式、双进程描述方式中的形式1和单进程描述方式的综合结果是比较好的，而双进程描述方式中的形式2和形式3并不常用。