每日工作记录——状态机的编码选择

复习面试题中，复习到了状态机的码制选择这里，以前根本没有关注过这个，一看才知道原来东西还是很多的，因此做一些记录。

状态机常用码二进制、格雷码和独热码。

二进制码就不用细说了，就是正常的顺序编码，四个状态的话就是

s_0 = 2'b00;

s_1 = 2'b01;

s_2 = 2'b10;

s_3 = 2'b11;

格雷码特点是相邻码元之间只有一位是不同的，四个状态的话就是

s_0 = 2'b00;

s_1 = 2'b01;

s_2 = 2'b11;

s_3 = 2'b10;

独热码的特点是只有一位是“1”其余都是“0”，四个状态的话就是

s_0 = 2'b0001;

s_1 = 2'b0010;

s_2 = 2'b0100;

s_3 = 2'b1000;

观察这些状态机的编码可以发现，二进制和格雷码占用的触发器资源比较少（位宽小啊），不过进行对比和跳转时候消耗的组合逻辑会比较多；而独热码的触发器资源占用比较多，不过组合逻辑消耗比较少。简单点想，在case里我们要确定state==s_1?那么对于二进制和格雷码来说需要对比两位，而对于独热码来说只需要看state[1]==1?就可以了，因此在组合逻辑资源上会有所节省，速度也会比二进制和格雷码更快（组合逻辑简化导致的路径时序缩短）。

二进制码与格雷码对比的话，格雷码跳转时候只有一个状态位发生跳转，可以有效的消除多条信号线由于传输延时或门延时所产生的毛刺，也可以减低功耗。不过此处有疑问，因为不一定是1-2-3-4这样跳转，也有可能是1-3-2-4这样跳转，格雷码也会出现多位跳转的情况，需要进一步查看资料。

因为独热码消占用的触发器比较多，而LUT和DFF是FPGA里最不缺的资源（大量触发器闲置），因此在FPGA编程时用独热码效果比较好。CPLD中组合资源较多时序资源较少，因此用格雷码或二进制码较好。IC设计中需要综合考虑，如果时序满足的情况下面积与速度综合看用格雷码比较好，因为独热码的资源会大大增加面积。

还有一点就是，在状态较少时用独热码效果好，状态多时格雷码效果好。