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　　有限狀態機及其設計技術是數字系統設計中的重要組成部分，是實現高效率、高可靠性邏輯控制的重要途徑。大部分數字系統都可以劃分為控制單元和數據單元兩個組成部分。通常，控制單元的主體是一個狀態機，它接收外部信號以及數據單元產生的狀態信息，產生控制信號序列。狀態機性能的好壞對系統性能有較大的影響。良好的狀態機的實現不僅與狀態機的設計有關，而且與采用的綜合策略密切相關，不同的綜合策略對最終實現的狀態機的性能有很大的影響。

　　Synopsys公司的DC (Design Compiler，設計編譯程序)提供了針對狀態機的綜合優化策略，這個過程既可以完全自動進行，也可以手工進行。本文論述了兩種綜合策略的實現。

　　1　狀態機的基礎描述

　　從數學的角度看，有限狀態機可以表示為一個五元組M = (I， O， S，δ，λ) 。其中： I和O 分別表示輸入、輸出量; S 為狀態向量;δ為次態方程(δ： S ×I) ;λ為輸出方程(λ： S ×I) 。

　　從實際狀態機的實現角度出發，根據輸出方程，有限狀態機可以分為3類：

　　a) 輸出是狀態向量和輸入的函數———Mealy型狀態機(λ： S ×I →O ) ;

　　b) 輸出僅是狀態向量的函數———Moore 型狀態機(λ： S →O ) ;

　　c) 輸出等于狀態向量———狀態輸出型狀態機(λ： S = O ) 。

　　在實際中最常用的狀態機是Mealy型和Moore型狀態機。

　　從電路的角度看，有限狀態機是由觸發器、寄存器和組合邏輯組合成的系統，圖1展示了有限狀態機的一般結構：一組保存狀態向量的觸發器，產生次狀態和輸出的組合邏輯。

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　　圖1　有限狀態機一般結構

　　1.1　狀態表

　　為了采用DC的有限狀態機優化策略，必須首先把原始的狀態機轉換為用DC狀態表描述的格式，這種轉換可以自動完成，也可以手動完成。Synopsys的狀態表提供了一種簡單的、獨立于工藝的有限狀態機描述方式。下面是一個狀態表的例子

　　# State table body

　　Input PresentNextOutput

　　Value State State Values

　　0 RESET RESET 00

　　1 RESET STATE1 01

　　0 STATE1 RESET 10

　　1 STATE1 STATE1 11

　　# Preferred state encoding

　　.encoding

　　RESET 2#00

　　STATE1 2#01

　　狀態表的主體由行組成，每一行描述狀態機的一個特定的狀態轉換。每行有4列：輸入值，當前態，次態，輸出值。有的輸入可以引發狀態轉換，有的則不會。從狀態表可以很容易看出狀態機的轉換行為。狀態表還可以包含一個可選的部分，用于給出首選的狀態編碼，這些狀態編碼可以以十進制、二進制或者十六進制給出。

　　例子中的狀態表包括： 1個輸入; 2個狀態，即RESET和STATE1; 4種輸出，即RESET和STATE1分別編碼為0 和1。RESET態只在輸入為1 時轉換到STATE1態，輸出變為01，而STATE1態只在輸入為0時轉換到RESET態，輸出變為10。

　　例子中所有可能的輸入輸出和狀態組合都被用到了，如果狀態機用到的狀態少于可用的編碼，便可以創建只包含所需要使用的狀態轉換的狀態表，其他未指明的狀態則按不關心態處理。