如何使用STATECAD進行多狀態(tài)機設(shè)計實例分析

隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對數(shù)字系統(tǒng)的需求也在提高。不僅要有完善的功能，而且對速度也提出了很高的要求。對于大部分數(shù)字系統(tǒng)，都可以劃分為控制單元和數(shù)據(jù)單元兩個組成部分。通常，控制單元的主體是一個有限狀態(tài)機 ，它接收外部信號以及數(shù)據(jù)單元產(chǎn)生的狀態(tài)信息，產(chǎn)生控制信號序列。有限狀態(tài)機設(shè)計的關(guān)鍵是如何把一個實際的時序邏輯關(guān)系抽象成一個時序邏輯函數(shù),傳統(tǒng)的電路圖輸入法通過直接設(shè)計寄存器組來實現(xiàn)各個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換, 而用硬件描述語言來描述有限狀態(tài)機, 往往是通過充分發(fā)揮硬件描述語言的抽象建模能力，通過對系統(tǒng)在系統(tǒng)級或寄存器傳輸級進行描述來建立有限狀態(tài)機。EDA 工具的快速發(fā)展，使通過CAD快速設(shè)計有限狀態(tài)機自動化成為可能。

　　傳統(tǒng)上在系統(tǒng)級和寄存器傳輸級完成VHDL 的描述主要分以下幾步:

　　(1) 分析控制器設(shè)計指標, 建立系統(tǒng)算法模型圖;

　　(2) 分析被控對象的時序狀態(tài), 確定控制器有限狀態(tài)機的各個狀態(tài)及輸入.輸出條件;

　　(3) 應(yīng)用VHDL 語言完成描述。

　　使用XILINX的ISE6.1軟件包的輔助工具STATECAD能加速有限狀態(tài)機設(shè)計，大大簡化狀態(tài)機的設(shè)計過程，實現(xiàn)狀態(tài)機設(shè)計的自動化。使用STATECAD進行狀態(tài)機設(shè)計的流程如下：

　　(1) 分析控制器設(shè)計指標, 建立系統(tǒng)算法模型圖;

　　(2) 分析被控對象的時序狀態(tài), 確定控制器有限狀態(tài)機的各個狀態(tài)及輸入.輸出條件;

　　(3) 在STATECAD中輸入有限狀態(tài)機狀態(tài)圖，自動產(chǎn)生VHDL模型描述，使用STATEBENCH進行狀態(tài)轉(zhuǎn)移分析,分析無誤后使用導(dǎo)出VHDL模型塊到ISE中進行仿真后綜合，實現(xiàn)到CPLD或FPGA的映射。

　　設(shè)計人員的主要工作在第一步。第二步，第三步基本上可以通過STATECAD完成有限狀態(tài)機的自動生成和分析，還可以利用分析結(jié)果來對被控對象的邏輯進行分析，改進，完善系統(tǒng)控制邏輯。

　　在需要并行處理的場合，往往需要采用多狀態(tài)機來完成系統(tǒng)的控制任務(wù)，這時狀態(tài)機之間的同步問題往往是設(shè)計者需要仔細考慮的問題。如果采用完全人工輸入代碼的方法來設(shè)計，往往力不從心。采用STATECAD完成整個控制邏輯的設(shè)計并對設(shè)計結(jié)果進行驗證更能體現(xiàn)CAD設(shè)計方法的優(yōu)勢，加速產(chǎn)品開發(fā)進度，提高設(shè)計生產(chǎn)率。

　　下面以一個雙狀態(tài)機設(shè)計過程來介紹如何使用STATECAD進行多狀態(tài)機的協(xié)同設(shè)計。

　　有二個狀態(tài)機，一個負責(zé)對M0寫，一個負責(zé)對M0讀操作，為了簡單起見，系統(tǒng)已經(jīng)盡量簡化了。

　　負責(zé)對M0寫的狀態(tài)機包括四個狀態(tài)：

　　STATE0：寫狀態(tài)機復(fù)位后初始化;

　　Write0：對M0寫，寫滿4個轉(zhuǎn)到M0full;

　　M0full：M0滿狀態(tài);