狀態(tài)向量 - 基于RTL綜合策略的狀態(tài)機(jī)優(yōu)化方案

　　狀態(tài)向量是描述狀態(tài)機(jī)的元素之一，是通過觸發(fā)器實(shí)例名稱的有序列表來指定的。指定的觸發(fā)器存儲(chǔ)了有序的位模式，這些位模式定義了有限狀態(tài)機(jī)在任何給定時(shí)刻的當(dāng)前狀態(tài)。一個(gè)特定的觸發(fā)器位模式與一個(gè)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。例如， ff1、ff2、ff3是觸發(fā)器的實(shí)例名稱，則列表{ ff1 ff2 ff3}定義了一個(gè)3位的狀態(tài)向量，這個(gè)狀態(tài)向量可以表示不多于8個(gè)狀態(tài)的有限狀態(tài)機(jī)。

　　1.3　狀態(tài)編碼

　　狀態(tài)編碼是描述狀態(tài)機(jī)的另一個(gè)元素。有限狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)編碼用符號(hào)定義了狀態(tài)機(jī)的所有合法狀態(tài)的位編碼。編碼確定哪些狀態(tài)向量的位模式代表合法狀態(tài)，哪些位模式可以當(dāng)作不關(guān)心態(tài)。不關(guān)心態(tài)提高了工具達(dá)到好的優(yōu)化結(jié)果的可能性。大多數(shù)以HDL (硬件描述語言)或狀態(tài)表給出的設(shè)計(jì)，DC可以直接從代碼中提取出狀態(tài)編碼。在工具不能得到狀態(tài)編碼時(shí)要使用命令set_fsm_encoding來手動(dòng)建立狀態(tài)編碼。對(duì)于以其他形式給出的設(shè)計(jì)，必須使用命令set_fsm_encoding手工建立狀態(tài)編碼。

　　1.4　編碼風(fēng)格

　　DC在優(yōu)化中可以使用one2hot (單狀態(tài)) 、二進(jìn)制、格雷碼和自動(dòng)編碼4種類型中的一種來分派狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)。不同的編碼風(fēng)格可以導(dǎo)致具有很大差異的優(yōu)化結(jié)果。

　　One2hot風(fēng)格編碼使用與狀態(tài)機(jī)狀態(tài)數(shù)相等的位來編碼狀態(tài)，每一個(gè)狀態(tài)的編碼只有1位是1，其余各位都是0，所以這種編碼方式需要與狀態(tài)數(shù)相等數(shù)目的觸發(fā)器。這種編碼方式簡化了組合邏輯，可以獲得最快的速度，但同時(shí)會(huì)大大增加設(shè)計(jì)的面積。二進(jìn)制和格雷碼編碼方式按照一定的順序用二進(jìn)制序列或者格雷碼序列來表示狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)，這兩種編碼方式可以降低所需的觸發(fā)器的數(shù)目，但速度不及one2hot編碼方式。自動(dòng)編碼方式使用一種隨機(jī)的風(fēng)格產(chǎn)生狀態(tài)編碼，這種編碼能在使用最短編碼長度的情況下最大限度地降低組合邏輯的復(fù)雜度。采用什么樣的編碼風(fēng)格，要根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行選擇。

　　2　狀態(tài)機(jī)優(yōu)化策略及實(shí)施

　　狀態(tài)機(jī)的優(yōu)化包括兩步，首先是提取狀態(tài)機(jī)邏輯，然后是優(yōu)化基于內(nèi)部狀態(tài)表表示的狀態(tài)機(jī)。這個(gè)過程既可以完全自動(dòng)進(jìn)行，也可以手工進(jìn)行。自動(dòng)優(yōu)化策略需要DC2Ultra的許可證(license) ，手動(dòng)優(yōu)化策略需要DC2Expert的許可證。

　　2.1　基于DC Ultra的自動(dòng)優(yōu)化策略

　　自動(dòng)優(yōu)化策略由讀和編譯兩個(gè)階段組成。

　　a) 讀階段：讀進(jìn)HDL或者以狀態(tài)表描述的設(shè)計(jì);自動(dòng)偵測狀態(tài)機(jī)的觸發(fā)器;標(biāo)明狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)向量和狀態(tài)編碼特性。

　　b) 編譯階段：重新劃分包含狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)層次;從劃分后的設(shè)計(jì)中提取狀態(tài)機(jī);確定編碼風(fēng)格;如果可能，減小轉(zhuǎn)態(tài)數(shù);分派狀態(tài);基于狀態(tài)機(jī)的邏輯網(wǎng)表產(chǎn)生DC內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)分派;展平新創(chuàng)建的設(shè)計(jì)層次;繼續(xù)其他DC優(yōu)化步驟。

　　圖2是自動(dòng)優(yōu)化的流程，其中列出了不同的可選命令，可以根據(jù)不同的設(shè)計(jì)進(jìn)行取舍

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　　圖2　基于DC Ultra的有限狀態(tài)機(jī)自動(dòng)優(yōu)化流程

　　2.2　基于DC2Expert的手動(dòng)優(yōu)化策略

　　當(dāng)輸入設(shè)計(jì)文件不是以HDL描述的，或者DC不能從HDL文件中自動(dòng)識(shí)別出狀態(tài)機(jī)時(shí)，就要采用手動(dòng)優(yōu)化策略。

　　圖3為手動(dòng)優(yōu)化策略的基本流程，其中展示了使用的命令、描述狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)表和網(wǎng)表之間的關(guān)系。

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　　圖3　FSM 手機(jī)優(yōu)化命令算法