有限状态机(moore mealy)
mealy型时序逻辑电路与moore型时序逻辑电路的区别。
mealy型时序逻辑电路与moore型时序逻辑电路的区别。
Mealy型时序逻辑电路与Moore型时序逻辑电路有如下区别：
1. 输出信号的不同：Mealy型时序逻辑电路的输出信号是组合逻辑
门的输出和状态机的当前状态的函数，而Moore型时序逻辑电路的输出信
号仅仅是状态机的当前状态的函数。
2. 状态转移的时刻不同：Mealy型时序逻辑电路在输入信号边沿到
来时，根据组合逻辑门的输出和当前状态进行状态转移；而Moore型时序
逻辑电路在输入信号边沿到来时根据当前状态进行状态转移。
3. 状态机模型的不同：Mealy型时序逻辑电路的状态机模型与输出
信号有关，而Moore型时序逻辑电路的状态机模型与输出信号无关。
4. 模块的适用范围：Mealy型时序逻辑电路适用于需要输出与状态
有关的电路，而Moore型时序逻辑电路适用于需要输出与状态无关的电路。
总之，Mealy型时序逻辑电路多了一个输出与状态机有关的组合逻辑，因此电路中的状态转移和输出信号的计算是同时进行的。
Moore型时序逻
辑电路则只有一个状态机，因此状态转移和输出信号的计算是分别进行的。
华为面试题
有限状态机是指输出取决于过去输入部分和当前输入部分的时序逻辑电路。一般来说，除了输入部分和输出部分外，有限状态机还含有一组具有“记忆”功能的寄存器，这些寄存器的功能是记忆有限状态机的内部状态，它们常被称为状态寄存器。在有限状态机中，状态寄存器的的下一个状态不仅与输入信号有关，而且还与该寄存器的当前状态有关，因此有限状态机又可以认为是组合逻辑和寄存器逻辑的一种组合。其中，寄存器逻辑的功能是存储有限状态机的内部状态；而组合逻辑有可以分为次态逻辑和输出逻辑两部分，次态逻辑的功能是确定有限状态机的下一个状态，输出逻辑的功能是确定有限状态机的输出。
成的数据库服务器,每天能处理数百万个数据库查询请求。
STP(Signallint Transfer Points)是共路信令网的专用设备,它的主要功能是信令中
转、信令路由和全称地址(Globale Title)的翻译。一个STP可支持数百条链路,为了提高信
令网的可靠性,STP通常总是成对配置的。
。考虑到数字通讯向ISDN(综合业务数字网)的发展趋势,CCITT于1980年提出了通用性很强
的七号信令系统,此后,七号信令系统经过多次扩展修改,已形成一个完整的信令体系。七号
信令系统以网络消息方式在信令点之间传送信令,它和国际标准化组织ISO的开放系统互联
模型(OSI模型)有对应的关系。
经营管理,第个区域由贝尔营运公司控制所属地的地方电信公司。与此对应,美国的共路信
令网是两级结构的(图1)。
@@12S10300.GIF;图1.共路信令网结构@@
为了网络的可靠性和负载均衡, 每个区域内设立两对RSTP(Regional STP)、两个SCP。
有限状态机
有限状态机
有限状态机应用举例—序列检测器
Mealy状态转移图
有限状态机
有限状态机应用举例—序列检测器
Mealy型verilog源代码
module mealyfsm(clk,rst,a,z); input clk; input rst; input a; output z; reg z; reg [3:0] temp_z; reg [3:0] currentstate,nextstate; parameter S0 = 4'b0000; parameter S1 = 4'b0001; parameter S2 = 4'b0010; parameter S3 = 4'b0011; parameter S4 = 4'b0100;
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有限状态机
什么是有限状态机 FSM:Finite State Machine
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应用市场上的电子产品进入非正常状态/（不需要考虑的状态） 的可能很多，不可能一一去列举
于是采用以“不变应万变”的方式，只考虑需要的状态，不需要 的状态不管。
需要考虑的状态一一列举出来（有限性Finite），不需要考虑 的状态都统一当异常处理（default)
有限状态机
mealyfsm测试模块testbench
module tb_fsm; reg clk,rst; reg a; wire z; mealyfsm fsm(.clk(clk),.rst(rst),.a(a),.z(z)); initial begin clk = 0; rst = 1; #5 rst = 0; #3 rst = 1; #20 a = 1; #100 a = 1; #100 a = 0; #100 a = 0; #100 a = 1; #100 a = 0; #100 a = 0; #100 a = 1; #100 a = 0; #100 a = 0; #100 a = 0; #100 a = 0; #100 a = 1; #100 a = 0; #100 a = 0; #100 a = 1; #100 a = 0; #100 a = 1; #100 a = 0; end always #50 clk = ~clk; endmodule
Verilog 有限状态机设计(课堂PPT)
begin
case( state )
state0:
out = 3'b001;
state1:
out = 3'b010;
state2:
out = 3'b100;
state3:
out = 3'b111;
default:
out = 3'b001;
endcase
end
endmodule
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8.2 有限状态机的Verilog描述
begin if(clr) qout<=0;
//异步复位
else case(qout)
3'b000: qout<=3'b001;
3'b001: qout<=3'b010;
3'b010: qout<=3'b011;
3'b011: qout<=3'b100;
3'b100: qout<=3'b000;
default: qout<=3'b000; /*default语句*/
state2 = 2’b11, state3 = 2’b10; // 格雷码
always @( posedge clk or posedge clr ) begin
if( clr ) state <= state0; // 定义初态 state <= next_state; end
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always @( state or start or step2 or step3 ) // 状态转换
EDA技术与应用
第八章 有限状态机设计
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天津工业大学第08章_状态机设计
能克服纯硬件数字系统顺序方式控制不灵活的缺点 可定义符号化枚举类型的状态 易构成性能良好的同步时序逻辑模块 VHDL表述丰富多样、程序层次分明，易读易懂 巨大的优势在于高速运算和控制方面 高可靠性
8.1.2 数据类型定义语句
8.1 一般有限状态机设计
1） TYPE语句用法： TYPE 数据类型名 IS 数据类型定义 OF 基本数据类型 ;
②自定义新的数据类型：枚举类型、整数类型、数组类型、记录类型、 时间类型、实数类型等多种。
8.1 一般有限状态机设计
3）子类型SUBTYPE定义格式
● 子类型SUBTYPE：是由TYPE所定义原数据类型的一个子集，满足原数据类型 所有的约束条件。
● 格式： SUBTYPE 子类型名 IS 基本数据类型 RANGE 约束范围; 例： SUBTYPE digits IS INTEGER RANGE 0 to 9 ;
--EOC=1表明转换结束
ELSE next_state <= st2; END IF ;
--转换未结束，继续等待
WHEN st3=> ALE<='0';START<='0';LOCK<='0';OE<='1';
next_state <= st4;
--开启OE,输出转换好的数据
WHEN st4=> ALE<='0';START<='0';LOCK<='1';OE<='1'; next_state <= st0;
【例8-2】采样状态机程序---续
什么是有限状态机
1.什么是有限状态机，Moore机和Mealy机的各自特点和他们之间的区别是什么？答：有限状态机是指输出取决于过去输入部分和当前输入部分的时序逻辑电路。
Mealy机属于同步输出状态机，他的输出是当前状态和所有输入信号的的函数，其输出会在输出仅为当前状态的函数，与当前输入信号无关。
当然，当前状态是和上一时刻时输入信号相关的，当前输入的变化必须等待下一时钟到来使状态发生变化时才能导致输出的变化。
因此，Moore机比Mealy机多等待一个时钟周期才会引起输出的变化，由于Mealy机的输出不与时钟同步，当状态译码比较复杂时，易在输出端产生不可避免的毛刺。
********************************************************************* 2.一个复杂的电路可以划分为几个不同的抽象级别：系统级，算法级，寄存器传输级，逻辑门级，晶体管开关级。
********************************************************************* 3.reg和wire的区别Reg型变量需要被明确赋值，并且在重新赋值前，一直保持原值，wire对应于连续赋值，如assign,reg对应于过程赋值，如always，initial。
********************************************************************* 4.阻塞和非阻塞的区别非阻塞赋值在整个过程块结束后才能完成赋值操作，阻塞赋值在该语句结束时就立即完成赋值操作，阻塞语句是顺序执行的，而非阻塞语句是同时执行的。
********************************************************************* 5.举例说明触发器在什么情况下会在综合过程中生成锁存器在写组合逻辑电路的always块中，， always块中要使用的输入信号在always 后面的敏感信号表中有遗漏，组合逻辑电路设计时不能有反馈。
状态机设计
集成电路实验状态机设计实验报告专业：电子信息工程姓名：江燕婷学号：2011301200025状态机设计（实验五）实验报告一．实验目的1. 掌握状态机设计的基本方法2.学习利用状态机的方法实现控制电路二．实验原理有限状态机（Finite State Machine FSM）是时序电路设计中经常采用的一种方式，尤其适合设计数字系统的控制模块，在一些需要控制高速器件的场合，用状态机进行设计是一种很好的解决问题的方案，具有速度快、结构简单、可靠性高等优点。
有限状态机非常适合用FPGA器件实现，用Verilog HDL的case语句能很好地描述基于状态机的设计，再通过EDA工具软件的综合，一般可以生成性能极优的状态机电路，从而使其在执行时间、运行速度和占用资源等方面优于用CPU实现的方案。
有限状态机一般包括组合逻辑和寄存器逻辑两部分，寄存器逻辑用于存储状态，组合逻辑用于状态译码和产生输出信号。
根据输出信号产生方法的不同，状态机可分为两类：米里型(Mealy)和摩尔型(Moore)。
摩尔型状态机的输出只是当前状态的函数，如图1-1所示；米里型状态机的输出则是当前状态和当前输入的函数，如图1-2所示。
米里型状态机的输出是在输入变化后立即变化的，不依赖时钟信号的同步，摩尔型状态机的输入发生变化时还需要等待时钟的到来，必须在状态发生变化时才会导致输出的变化，因此比米里型状态机要多等待一个时钟周期。
图1-1 摩尔型状态机图1-2 米里型状态机状态机在硬件描述语言实现上，可使用单过程、双过程或三过程等不同的结构实现。
状态机的状态实现上，可采用符号编码或显式数字编码。
编码方式有顺序编码（自然二进制编码），一位热码（one－hot encoding），格雷（gray code）码等。
顺序编码，简单状态寄存器占用少；一位热码输出译码电路简单；在状态顺序变化时，格雷码每次只有一位变化，避免产生输出信号毛刺。
三. 实验设备与软件平台微型计算机，GW48－CK，QuartusII v5.0。
verilog 状态机写法
verilog 状态机写法在Verilog中，有几种常用的状态机写法，包括Mealy状态机、Moore状态机和通用状态机。
下面简要介绍每种写法的特点：Mealy状态机：输出依赖于当前状态和输入信号。
输出的变化可以与状态的变化同步。
Verilog代码示例：module MealyFSM (input logic clk,input logic reset,input logic input_signal,output logic output_signal);enum logic [2:0] states;logic [2:0] current_state, next_state;always_ff @(posedge clk or posedge reset) beginif (reset)current_state <= states[0];elsecurrent_state <= next_state;endalways_comb begincase (current_state)states[0]: begin // State 0if (input_signal)next_state = states[1];elsenext_state = states[0];output_signal = input_signal & next_state[0]; // Output depends on current state and input signalendstates[1]: begin // State 1if (input_signal)next_state = states[0];elsenext_state = states[1];output_signal = input_signal | next_state[0]; // Output depends on current state and input signalend// Add more states and conditions as neededendcaseendEndmoduleMoore状态机：输出只依赖于当前状态。
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有限状态机(Finite State Machine )1、有限状态机的基本概念有限状态机是指输出取决于过去输入部分和当前输入部分的时序逻辑电路。
在数字电路系统中，有限状态机时一种十分重要的时序逻辑电路模块，它对数字系统的设计具有十分重要的作用。
有限状态机一般用来描述数字数字系统的控制单元，是许多数字系统的核心部件。
有限状态机由组合逻辑和寄存器逻辑组成。
其中，寄存器逻辑的功能是存储有限状态机的内部状态；而组合逻辑有可以分为次态逻辑和输出逻辑两部分，次态逻辑的功能是确定有限状态机的下一个状态，输出逻辑的功能是确定有限状态机的输出。
在实际的应用中，根据有限状态机是否使用输入信号，设计人员经常将其分为Moore型有限状态机和Mealy型有限状态机两种类型。
⑴Moore型有限状态机其输出信号仅与当前状态有关，即可以把Moore型有限状态的输出看成是当前状态的函数。
其结构框图如图1.图1 Moore型有限状态机的结构⑵Mealy型有限状态机其输出信号不仅与当前状态有关，而且还与所有的输入信号有关，即可以把Mealy型有限状态机的输出看成是当前状态和所有输入信号的函数。
其结构框图如图2.图2 Mealy型有限状态机的结构这两种有限状态机的主要区别在于：Moore型有限状态机仅与当前状态有关，而与输入信号无关。
Mealy型有限状态机不但与当前状态有关，还与输入信号有关。
2、为什么要使用有限状态机♦ 有限状态机克服了纯硬件数字系统顺序方式控制不灵活的缺点。
♦ 状态机的结构模式相对简单。
♦ 状态机容易构成性能良好的同步时序逻辑模块。
♦ 状态机的VHDL表述丰富多样。
♦ 在高速运算和控制方面，状态机更有其巨大的优势。
♦ 就可靠性而言，状态机的优势也是十分明显的。
3、描述有限状态机应该包含的内容⑴至少包含一个状态信号，用来指定状态机的状态。
⑵时钟信号，为有限状态机的状态转换提供时钟信号。
⑶状态转移指定，用于指定有限状态机的状态之间转换的逻辑关系。
⑷输出指定，用来指明有限状态机两状态之间转换的结果。
⑸复位信号，用于有限状态机从任意状态到复位状态的转换。
4、有限状态机的描述方法一般描述有限状态机应遵循一定的语法规则：状态机的状态：用枚举类型数据进行定义。
状态机的次态逻辑、输出逻辑和状态寄存器等一般用并行信号赋值语句、IF语句或CASE 语句等语句进行描述。
有限状态机的各种描述风格描述风格功能划分进程数A 1、次态逻辑、状态寄存器、输出逻辑1B 1、次态逻辑、状态寄存器2、输出逻辑2C 1、次态逻辑2、状态寄存器、输出逻辑2D 1、次态逻辑、输出逻辑2、状态寄存器2E 1、状态逻辑2、状态寄存器3、输出逻辑3有限状态机各种描述风格对逻辑综合的结果影响很大，一般地，时序逻辑电路与组合逻辑电路分别用不同的进程进行描述，综合后不会生成多余的寄存器，占用硬件资源输省;若把时序逻辑电路与组合逻辑电路混合在同一个进程描述，逻辑综合时，可能生成数目较多的多余寄存器，占用硬件资源会大大增加。
5、用VHDL设计状态机的具体步骤⑴根据具体的状态机设计要求，确定选择Moore型状态机还是选择Mealy型状态机。
⑵根据系统要求确定状态数量、状态转移的条件和各状态输出信号的赋值，并画出状态转移图或状态转换表；⑶根据状态转移图或状态转换表编写状态机的VHDL程序；⑷利用EDA工具对状态机的功能进行仿真验证。
6、一般状态机的VHDL设计用VHDL设计有限状态机方法有多种，但最一般和最常用的状态机设计通常包括说明部分，主控时序部分，主控组合部分和辅助进程部分。
1) 说明部分说明部分中使用TYPE语句定义新的数据类型，此数据类型为枚举型，其元素通常都用状态机的状态名来定义。
状态变量定义为信号，便于信息传递，并将状态变量的数据类型定义为含有既定状态元素的新定义的数据类型。
说明部分一般放在结构体的ARCHITECTURE和BEGIN之间。
2) 主控时序进程主控时序进程是指负责状态机运转和在时钟驱动正负现状态机转换的进程。
状态机随外部时钟信号以同步方式工作，当时钟的有效跳变到来时，时序进程将代表次态的信号next_state 中的内容送入现态信号current_state中，而next_state中的内容完全由其他进程根据实际情况而定，此进程中往往也包括一些清零或置位的控制信号。
3) 主控组合进程根据外部输入的控制信号（包括来自外部的和状态机内容的非主控进程的信号）或（和）当前状态值确定下一状态next_state的取值内容，以及对外或对内部其他进程输出控制信号的内容。
4) 辅助进程用于配合状态机工作的组合、时序进程或配合状态机工作的其他时序进程。
在一般状态机的设计过程中，为了能获得可综合的，高效的VHDL状态机描述，建议使用枚举类数据类型来定义状态机的状态，并使用多进程方式来描述状态机的内部逻辑。
例如可使用两个进程来描述，—个进程描述时序逻辑，包括状态寄存器的工作和寄存器状态的输出，另一个进程描述组合逻辑，包括进程间状态值的传递逻辑以及状态转换值的输出。
必要时还可以引入第三个进程完成其它的逻辑功能。
下例描述的状态机由两个主控进程构成，其中进程REG为主控时序进程，COM为主控组合进程。
[例]LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY s_machine ISPORT (clk, reset: IN STD_LOGIC;State_inputs: IN STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 1);comb_outputs: OUT STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 1));END ENTITY s_machine;ARCHITECTURE behv OF s_machine ISTYPE states IS (st0,st1,st2,st3);--定义states为枚举型数据类型SIGNAL current_state, next_state : states;BEGINREG: PROCESS (reset, clk) --时序逻辑进程BEGINIF reset='1' THEN--异步复位Current_state<=st0;ELSIF clk='1' AND clk'EVENT THENcurrent_state<=next_state; --当检测到时钟上升沿时转换至下一状态END IF;END PROCESS; --由信号current_state将当前状态值带出此进程，进入进程COM COM: PROCESS(current_state, state_Inputs) --组合逻辑进程BEGINCASE current_state IS -- 确定当前状态的状态值WHEN st0 =>comb_outputs <= "00"; --初始状态译码输出"00"IF state_inputs="00" THEN --根据外部的状态控制输入"00"next_state<=st0; --在下一时钟后，进程REG的状态将维持为st0ELSEnext_state<=st1; --否则，在下一时钟后，进程REG的状态将为st1END IF;WHEN st1=> comb_outputs<="01"; --对应状态st1的译码输出"01"IF state_inputs="00" THEN --根据外部的状态控制输人"00"next_state<=st1; --在下一时钟后，进程REG的状态将维持为st1ELSEnext_state<=st2; -- 否则，在下一时钟后，进程REG的状态将为st2END IF;WHEN st2=> comb_outputs<="10"; --以下依次类推IF state_inputs="11" THENnext_state<=st2;ELSEnext_state<=st3;END IF;WHEN st3=>comb_outputs<="11";IF state_inputs="11" THENnext_state<=st3;ELSEnext_state<=st0;END IF;END CASE;END PROCESS;END ARCHITECTURE behv;图3为上述状态机的工作时序图。
reset为异步复位信号，低电平有效，而clk为上升沿有效。
如在第3个脉冲上升沿到来时current_state=“st0”，state_inputs＝“01”，输出comb_outputs=“01”。
第4个脉冲上升沿到来时current_state=“st1”，state_inputs＝“00”，输出comb_outputs=“01”。
综合后的RTL图如图4所示。
图3 上例中状态机的工作时序图图4上例中状态机的RTL图一般来说，程序的不同进程间是并行运行的，但由于敏感信号设置的不同和电路的延迟，在时序上进程间的动作是有先后的。
如对上例中的状态转换行为来说，有进程REG和COM，它们的敏感信号表分别为（reset,clk）和（current_state,state_inputs），在clk上升沿到来时，进程REG将首先运行，完成状态转换的赋值操作。
如果外部控制信号state_inputs不变，只有当来自进程REG的信号current_state改变时，进程COM才开始动作，并将根据current_state 和state_inputs的值来决定下一有效时钟沿到来后，进程REG的状态转换方向。
这个状态机的两位组合逻辑输出comb_outputs是对当前状态的译码。
我们可以通过这个输出值来了解状态机内部的运行情况，同时还可以利用外部控制信号state_inputs任意改变状态机的状态变化模式。
注意：在上例中，有两个信号起到了互反馈的作用，完成了两个进程间的信息传递的功能，这两个信号分别是current_state〔进程REG－>进程COM)和next_state(进程COM－>进程REG)。
在VHDL中可以有两种方式来创建反馈机制：即使用信号的方式和使用变量的方式。
通常倾向于使用信号的方式（如例7.1）。
一般而言，在进程中使用变量传递数据，然后使用信号将数据带出进程。