有限状态机：摩尔与米勒型，FSM描述方法及状态编码

"有限状态机是一种重要的数字系统设计工具，用于描述和实现具有时序逻辑规律的事件。它结合了组合逻辑和寄存器逻辑，适用于处理有顺序或逻辑顺序的任务。状态机主要分为摩尔型和米勒型，根据输出是否依赖于当前输入来区分。在Verilog或VHDL等硬件描述语言中，状态机可以采用一段式、两段式或三段式描述方法来编写。状态编码通常涉及二进制码、格雷码、Johnson码和独热码，每种编码都有其优缺点，如独热码能简化译码逻辑且有利于提高速度，但需要更多的触发器。" 有限状态机（Finite State Machine, FSM）是数字电路设计中的核心概念，用于构建能够根据输入序列动态改变其行为的系统。这种机制的核心在于它的状态，每个状态对应一种系统的行为，并且状态之间的转移由当前状态和输入信号共同决定。 1. 摩尔型（Moore）状态机的输出只依赖于当前状态，不直接与输入有关。这意味着输出在状态转换时不变，直到状态改变才会更新。 2. 米勒型（Mealy）状态机的输出不仅取决于当前状态，还取决于当前的输入。因此，它的输出可以在任何时候更新，即使状态未改变。 状态机的描述方法包括： 1. 一段式FSM描述：在一个always模块中同时处理状态转移、输入和输出，使得代码简洁，但可能会导致设计复杂度增加。 2. 两段式FSM描述：分开描述状态转移和输出，一个模块处理时序逻辑，另一个处理组合逻辑，有助于提高可读性和可维护性。 3. 三段式FSM描述：进一步细化，将状态转移、状态判断和输出分别放入三个always模块，使设计更清晰，但可能增加资源使用。 状态编码策略： - 二进制码：最直观的编码方式，但状态转换可能导致多个比特位变化，影响性能。 - 格雷码：相邻状态间只有一位不同，减少了错误转换的风险，提高了电路稳定性。 - Johnson码：类似于格雷码，但需要更多位数。 - 独热码：每个状态只有一个比特位为1，简化译码逻辑，提高速度，但需要更多触发器。 在选择状态机的实现方式和编码时，需要权衡资源利用率、设计复杂度和系统性能等因素，以满足具体应用的需求。