子状态机

Question

我有一个有 5 个状态的 FSM。其中 3 个是通过子 FSM（UML 模式）设计的。对于在 VHDL 中的实现，恕我直言，有两种方法可以做到这一点：

将它们总结为一个，所以我有一个包含子 FSM 的文档和一个包含一个大 FSM 的产品。
构建一个包含所有状态的 FSM。对于每个具有子 FSM 的状态，使用来自大状态机的启用信号构建一个独立的 FSM。

这没什么好说的，我觉得这两种方式各有优缺点。但是对于 VHDL 实现，哪种方式更 "clean"？

type my_big_one is (ONE,TWO_one, TWO_two, THREE_one, THREE_two, FOUR,FIVE);

对比

type my_one is (ONE, TWO, THREE, FOUR, FIVE);
type two_fsm is (TWO_one, TWO_two);
type three_fsm is (THREE_one, THREE_two);

Answer 1

一个好的解决方案是构建 2 个 FSM：
- 主要的 FSM 和
- 子 FSM。

两个 FSM 通过握手协议进行通信。

例如主FSM进入状态二。在这样做的同时，子 FSM 开始处理，由来自主 FSM 的信号触发。当 FSM TWO 完成时，它触发一个信号返回到主 FSM，主 FSM 进入状态 TREE。

使用此 "pattern" 允许您根据需要连接任意数量的 FSM。一些任务如等待或地址计数可以外包给计数器，它们只是特殊的 FSM。

Answer 2

分层 FSM 也是一种可行的解决方案；例如

type main_state is (ONE, TWO, THREE, FOUR, FIVE);
type inner_state is (inner_one, inner_two);
signal main  : main_state;
signal inner : inner_state;

...
case main is
when ONE => something_simple;
            main <= TWO;
            inner <= inner_one; -- reset inner SM
when TWO => case inner is
            when inner_one => ...
            when inner_two => ...
            end case;
when THREE => case inner is ...

走极端这会变得难以控制。但是，如果内部状态机相对简单，这可能比三个独立的状态机连同它们的握手更清晰、更简洁，握手除了同步之外没有任何作用。

我有时会使用这种模式，例如 SM 必须向 UART 发送一系列消息，而 "inner" 状态处理驱动 UART 的细节（可能有一个字符计数器消息）。

我不会固执地认为哪个是总体上更好的解决方案，这取决于上下文...

子状态机

Substatemachine

vhdl

fsm