vivado FSM Components
Vivado合成功能
•同步有限状态机（FSM）组件的特定推理能力。
•内置FSM编码策略，以适应您的优化目标。
•FSM提取默认启用。
•使用-fsm_extraction off可禁用fsm提取。
FSM描述
Vivado综合支持Moore和Mealy中的有限状态机（FSM）规范形式。FSM由以下部分组成：
•状态寄存器
•下一个状态功能
•输出功能
FSM图
下图显示了包含Mealy和Moore的FSM表示机器。
下图显示了一个包含三个进程的FSM图。
FSM寄存器
•指定Vivado合成的重置或通电状态，以识别有限状态机（FSM）或将FSM_ENCODING的值设置为“none”。
•状态寄存器可以异步或同步重置为特定状态。
注意：FSM使用同步重置逻辑而非异步重置逻辑。
自动状态编码
当FSM_ENCODING设置为“自动”时，Vivado合成会尝试选择最适合的给定FSM的编码方法。
一个热状态编码
一个热状态编码具有以下属性：
•是状态机的默认编码方案，最多32个状态。
•通常是优化速度或减少功耗的好选择。
•为每个FSM状态分配一个不同的代码位。
•实现状态寄存器，每个状态有一个触发器。
•在操作期间的给定时钟周期中，仅断言状态寄存器的一位。
•在两种状态之间的转换过程中，只有两位切换。
灰度编码
灰度编码具有以下属性：
•保证只有一位在两个连续状态之间切换。
•适用于无分支的长路径控制器。
•最大限度地减少危险和故障。
•可用于最大限度地减少功耗。
Johnson状态编码
当使用包含长路径且没有的状态机时，Johnson State编码是有益的分支（如在灰度编码中）。
顺序状态编码
顺序状态编码具有以下属性：
•识别长路径
•将连续的基数2代码应用于这些路径上的状态。
•最小化下一个状态方程。
Filename: fsm_1.v
// State Machine with single sequential block
//fsm_1.v
module fsm_1(clk,reset,flag,sm_out);
input clk,reset,flag;
output reg sm_out;
parameter s1 = 3'b000;
parameter s2 = 3'b001;
parameter s3 = 3'b010;
parameter s4 = 3'b011;
parameter s5 = 3'b111;
reg [2:0] state;
always@(posedge clk)
begin
if(reset)
begin
state <= s1;
sm_out <= 1'b1;
end
else
begin
case(state)
s1: if(flag)
begin
state <= s2;
sm_out <= 1'b1;
end
else
begin
state <= s3;
sm_out <= 1'b0;
end
s2: begin state <= s4; sm_out <= 1'b0; end
s3: begin state <= s4; sm_out <= 1'b0; end
s4: begin state <= s5; sm_out <= 1'b1; end
s5: begin state <= s1; sm_out <= 1'b1; end
endcase
end
end
endmodule
FSM Example with Single Sequential Block (VHDL)
Filename: fsm_1.vhd
-- State Machine with single sequential block
-- File: fsm_1.vhd
library IEEE;
use IEEE.std_logic_1164.all;
entity fsm_1 is
port(
clk, reset, flag : IN std_logic;
sm_out : OUT std_logic
);
end entity;
architecture behavioral of fsm_1 is
type state_type is (s1, s2, s3, s4, s5);
signal state : state_type;
begin
process(clk)
begin
if rising_edge(clk) then
if (reset = '1') then
state <= s1;
sm_out <= '1';
else
case state is
when s1 => if flag = '1' then
state <= s2;
sm_out <= '1';
else
state <= s3;
sm_out <= '0';
end if;
when s2 => state <= s4;
sm_out <= '0';
when s3 => state <= s4;
sm_out <= '0';
when s4 => state <= s5;
sm_out <= '1';
when s5 => state <= s1;
sm_out <= '1';
end case;
end if;
end if;
end process;
end behavioral;
FSM报告
Vivado合成在日志文件中标记INFO消息，提供有关有限状态的信息机器（FSM）组件及其编码。以下是消息示例：
INFO: [Synth 8-802] inferred FSM for state register 'state_reg' in module
'fsm_test'
INFO: [Synth 8-3354] encoded FSM with state register 'state_reg' using
encoding 'sequential' in module 'fsm_test'