使用DC优化RTL状态机：Mealy与Moore型状态机的综合策略

"基于RTL综合策略的状态机优化方案" 在数字系统设计中，有限状态机（FSM）扮演着至关重要的角色，特别是在实现高效、可靠的逻辑控制方面。FSM被广泛应用于控制单元，与数据单元一起构成了大部分数字系统的核心。状态机通过接收外部信号和数据单元的反馈，生成控制序列来指导系统的运行。 Synopsys公司的DesignCompiler (DC) 是一款强大的开发工具，它提供了针对状态机的综合优化策略。DC能够自动化这一过程，同时也允许设计师进行手动干预以实现更精细的优化。本文主要探讨了两种综合策略的实施方法。 1. 状态机的基本描述 FSM可以数学化地表示为五元组M=(I, O, S, δ, λ)，其中I代表输入，O代表输出，S表示状态集合，δ是次态函数（取决于当前状态和输入），而λ是输出函数。根据输出函数的不同，FSM主要分为三类：Mealy型、Moore型和状态输出型。Mealy型状态机的输出既依赖于当前状态也依赖于输入，而Moore型状态机的输出仅与当前状态有关。 2. FSM的电路实现 从硬件角度来看，FSM由触发器（用于存储状态）、寄存器和组合逻辑构成。触发器保存状态向量，组合逻辑则计算出次状态和输出。状态机的这种结构如图1所示。 3. DC的状态表描述 为了利用DC的优化策略，首先需要将原始状态机转换为DC的状态表格式。状态表以一种工艺独立的方式描述状态机的行为，便于理解其转换逻辑。例如： ``` #Statetablebody Input Present Next Output Value State State Values 0 RESET RESET 00 1 RESET STATE1 01 0 STATE1 RESET 10 1 STATE1 STATE1 11 #Preferredstateencoding .encoding RESET 2#00 STATE1 2#01 ``` 每一行代表一个状态转换，包括输入值、当前状态、次态和输出值。状态表还支持指定状态编码，有助于优化状态机的实现。 通过DC的优化，可以实现状态机的最小化、状态编码的优化、时序改进等，以提高系统的性能和面积效率。这可能涉及到状态合并、消除冗余状态、优化状态转移路径等步骤。同时，状态表的使用还能帮助识别和修复潜在的设计错误，如死锁或未定义的转换。 基于RTL的综合策略对于优化状态机至关重要，它能够确保设计的高效性和正确性，从而提升整个数字系统的设计质量。通过熟练掌握和应用这些工具和策略，开发者可以在保持功能完整性的前提下，显著改善设计的性能和可制造性。