狀態(tài)機“毛刺”的產(chǎn)生及消除措施

隨著EDA技術的高速發(fā)展, 以大規(guī)模和超大規(guī)模器件FPGA/CPLD為載體、以VHDL(硬件描述語言)為工具的電子系統(tǒng)設計越來越廣泛。有限狀態(tài)機(簡稱狀態(tài)機)作為數(shù)字系統(tǒng)控制單元的重要設計方案之一，無論與基于VHDL語言的其他設計方案相比，還是與可完成相似功能的CPU設計方案相比，在運行速度的高效、執(zhí)行時間的確定性和高可靠性方面都顯現(xiàn)出強大的優(yōu)勢。因此狀態(tài)機在數(shù)字電子系統(tǒng)設計中的地位日益凸顯。

　　1 狀態(tài)機“毛刺”的產(chǎn)生

　　狀態(tài)機通常包含主控時序進程、主控組合進程和輔助進程三個部分。其中，主控組合進程的任務是根據(jù)外部輸入的控制信號和當前狀態(tài)的狀態(tài)值確定下一狀態(tài)的取向，并確定對外輸出內(nèi)容和對內(nèi)部其他組合或時序進程輸出控制信號的內(nèi)容。一方面，由于有組合邏輯進程的存在，狀態(tài)機輸出信號會出現(xiàn)毛刺——競爭冒險現(xiàn)象;另一方面，如果狀態(tài)信號是多位值的，則在電路中對應了多條信號線。由于存在傳輸延遲，各信號線上的值發(fā)生改變的時間則存在先后，從而使得狀態(tài)遷移時在初始狀態(tài)和目的狀態(tài)之間出現(xiàn)臨時狀態(tài)——毛刺。

　　例如，采用Moore型有限狀態(tài)機方案對ADC0809采樣過程實現(xiàn)控制，其主要程序如下：

　　begin

　　lock =lock1;

　　process(current_state,eoc)

　　begin

　　case current_state IS

　　when st0=>ale=‘0’;start=‘0’;oe=‘0’;lock1=‘0’;

　　next_state =st1;

　　when st1=>ale=‘1’;start=‘0’;oe=‘0’;lock1=‘0’;

　　next_state =st2;

　　when st2=>ale=‘0’;start=‘1’;oe=‘0’;lock1=‘0’;

　　next_state =st3;

　　when st3=>ale=‘0’;start=‘0’;oe=‘0’;lock1=‘0’;

　　if (eoc=‘1’) then next_state =st3;

　　else next_state =st4;

　　end if;

　　when st4=> ale =‘0’;start =‘0’;OE=‘0’;lock1=‘0’;

　　if (eoc =‘0’) then next_state =st4;

　　else next_state =st5;

　　end if;

　　when st5=> ale =‘0’; start =‘0’;oe=‘1’;lock1=‘0’;

　　next_state =st6;

　　when st6=> ale =‘0’; start =‘0’; oe =‘1’;lock1=‘1’;

　　next_state =st0;

　　when others=> ale =‘0’; start =‘0’;oe =‘0’;lock1=‘0’;

　　next_state =st0;

　　end case;

　　end process;

　　process (clk)

　　begin

　　if (clk’event and clk =‘1”) then

　　current_state =next_state;

　　end if;

　　end process;

　　process(lock1)

　　begin