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手把手课堂:FPGA 101
状态机需要更少的状态。Mealy 状态机的不足之处就是在与另
一个状态机进行通信时,如果输出出乎意料地严重依赖于其它
事件的序列或时序,就可能会发生紊乱情况。
当然,并非只能使用单纯的 Moore 状态机或 Mealy 状态机,
也可以将这两种状态机混合使用,从而更有效地实现所需的函
数。比如说,用于接收 RS232 串行数据的状态机就可以是混
合机。
实现状态机
使用 VHDL 这样的高级语言,可以轻松地直接从状态图
实现状态机。VHDL 支持多种枚举类型,方便您定义实际的状
态名称。举例如下:
IDLE
TYPE state IS (idle, led_on, led_off) ;
上面的类型定义对应的是图 1 中所示的状态图,即用于在
按下按钮时切换发光二极管开 / 关的状态机。
实现状态机有许多种方法,可分为两类基本方法。第一类
基本方法就是一次性将所有内容集成到单个进程中。第二类基
本方法是双进程法,将组合逻辑和顺序逻辑分开。
一般来说,大多数工程师都倾向于实现单进程状态机。与
传统上讲授的双进程法相比,这种方法具有以下优势:
• 可以避免组合过程中信号覆盖不完全造成的闭锁风险。
• 状态机的输出与时钟保持同步。
Toggle
• 通常比双进程实现方案更容易调试。
0
Start
LED_OFF LED_ON
0 Toggle 1
Toggle
0
48 赛灵思中国通讯 46 期 2012 年冬季刊
IDLE
Start
1
LED_OFF Toggle
1
LED_ON
图 1 - 用于开 / 关 LED 的 Moore 状态机(左)和 Mealy 状态机(右)的状态图
Op = 0
1 0
Start
Op = 1
1 0
Toggle
Op = 0
Idle
Led_on
Led_off
1 0
Toggle
1 0
Start
Op = 1
Idle
Led_on
1 0
Toggle
Op = 0
Led_off
1 0
Toggle
图 2 - 用于图 1 所示的状态机(Moore 状态机(左),
Mealy 状态机(右))的算法状态图