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　　有限狀態(tài)機(jī)及其設(shè)計(jì)技術(shù)是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)高效率、高可靠性邏輯控制的重要途徑。大部分?jǐn)?shù)字系統(tǒng)都可以劃分為控制單元和數(shù)據(jù)單元兩個(gè)組成部分。通常，控制單元的主體是一個(gè)狀態(tài)機(jī)，它接收外部信號(hào)以及數(shù)據(jù)單元產(chǎn)生的狀態(tài)信息，產(chǎn)生控制信號(hào)序列。狀態(tài)機(jī)性能的好壞對(duì)系統(tǒng)性能有較大的影響。良好的狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)不僅與狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)有關(guān)，而且與采用的綜合策略密切相關(guān)，不同的綜合策略對(duì)最終實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)機(jī)的性能有很大的影響。

　　Synopsys公司的DC (Design Compiler，設(shè)計(jì)編譯程序)提供了針對(duì)狀態(tài)機(jī)的綜合優(yōu)化策略，這個(gè)過程既可以完全自動(dòng)進(jìn)行，也可以手工進(jìn)行。本文論述了兩種綜合策略的實(shí)現(xiàn)。

　　1　狀態(tài)機(jī)的基礎(chǔ)描述

　　從數(shù)學(xué)的角度看，有限狀態(tài)機(jī)可以表示為一個(gè)五元組M = (I， O， S，δ，λ) 。其中： I和O 分別表示輸入、輸出量; S 為狀態(tài)向量;δ為次態(tài)方程(δ： S ×I) ;λ為輸出方程(λ： S ×I) 。

　　從實(shí)際狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)角度出發(fā)，根據(jù)輸出方程，有限狀態(tài)機(jī)可以分為3類：

　　a) 輸出是狀態(tài)向量和輸入的函數(shù)———Mealy型狀態(tài)機(jī)(λ： S ×I →O ) ;

　　b) 輸出僅是狀態(tài)向量的函數(shù)———Moore 型狀態(tài)機(jī)(λ： S →O ) ;

　　c) 輸出等于狀態(tài)向量———狀態(tài)輸出型狀態(tài)機(jī)(λ： S = O ) 。

　　在實(shí)際中最常用的狀態(tài)機(jī)是Mealy型和Moore型狀態(tài)機(jī)。

　　從電路的角度看，有限狀態(tài)機(jī)是由觸發(fā)器、寄存器和組合邏輯組合成的系統(tǒng)，圖1展示了有限狀態(tài)機(jī)的一般結(jié)構(gòu)：一組保存狀態(tài)向量的觸發(fā)器，產(chǎn)生次狀態(tài)和輸出的組合邏輯。

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　　圖1　有限狀態(tài)機(jī)一般結(jié)構(gòu)

　　1.1　狀態(tài)表

　　為了采用DC的有限狀態(tài)機(jī)優(yōu)化策略，必須首先把原始的狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換為用DC狀態(tài)表描述的格式，這種轉(zhuǎn)換可以自動(dòng)完成，也可以手動(dòng)完成。Synopsys的狀態(tài)表提供了一種簡(jiǎn)單的、獨(dú)立于工藝的有限狀態(tài)機(jī)描述方式。下面是一個(gè)狀態(tài)表的例子

　　# State table body

　　Input PresentNextOutput

　　Value State State Values

　　0 RESET RESET 00

　　1 RESET STATE1 01

　　0 STATE1 RESET 10

　　1 STATE1 STATE1 11

　　# Preferred state encoding

　　.encoding

　　RESET 2#00

　　STATE1 2#01

　　狀態(tài)表的主體由行組成，每一行描述狀態(tài)機(jī)的一個(gè)特定的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。每行有4列：輸入值，當(dāng)前態(tài)，次態(tài)，輸出值。有的輸入可以引發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，有的則不會(huì)。從狀態(tài)表可以很容易看出狀態(tài)機(jī)的轉(zhuǎn)換行為。狀態(tài)表還可以包含一個(gè)可選的部分，用于給出首選的狀態(tài)編碼，這些狀態(tài)編碼可以以十進(jìn)制、二進(jìn)制或者十六進(jìn)制給出。

　　例子中的狀態(tài)表包括： 1個(gè)輸入; 2個(gè)狀態(tài)，即RESET和STATE1; 4種輸出，即RESET和STATE1分別編碼為0 和1。RESET態(tài)只在輸入為1 時(shí)轉(zhuǎn)換到STATE1態(tài)，輸出變?yōu)?1，而STATE1態(tài)只在輸入為0時(shí)轉(zhuǎn)換到RESET態(tài)，輸出變?yōu)?0。

　　例子中所有可能的輸入輸出和狀態(tài)組合都被用到了，如果狀態(tài)機(jī)用到的狀態(tài)少于可用的編碼，便可以創(chuàng)建只包含所需要使用的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的狀態(tài)表，其他未指明的狀態(tài)則按不關(guān)心態(tài)處理。