Конечный автомат: разделение состояния, переходов и выходов

Состояние хранит только нужное о прошлом

Если текущих входов недостаточно для определения выхода, задайте сохраняемое состояние. Вместо всей истории различайте лишь то, что влияет на будущее поведение.

Рассмотрим контроллер запуска и завершения работы. IDLE ждёт запрос, BUSY обрабатывает, DONE показывает завершение один цикл.

busy и done — выходы текущего состояния. Например, после фронта, на котором BUSY наблюдает завершение, состояние становится DONE и done=1. Это выходы автомата Мура.

Каждый столбец — запись наблюдения одного положительного фронта^{iПоложительный фронт — момент перехода такта из 0 в 1. Его следует отличать от уровня, означающего весь интервал CLK=1. Подробнее}. Входы показаны непосредственно перед фронтом, состояния со словом «после» в имени — сразу после обновления. Выравнивание столбцов обозначает порядок выборок, а не физическую задержку распространения^{iЗадержка распространения — время от изменения входа до установления правильного выхода. Логическая эквивалентность выражений и их временные характеристики — разные вопросы. Подробнее}.
Начально IDLE. После фронта принятия work_done состояние становится DONE, done=1. За DONE следует IDLE независимо от start.

RTL с разделением перехода и хранения

typedef enum logic [1:0] {IDLE, BUSY, DONE} state_t;
state_t state, next_state;
always_comb begin
  next_state = state;
  case (state)
    IDLE: if (start) next_state = BUSY;
    BUSY: if (work_done) next_state = DONE;
    DONE: next_state = IDLE;
    default: next_state = IDLE;
  endcase
end
always_ff @(posedge clk)
  if (rst) state <= IDLE;
  else state <= next_state;
assign busy = (state == BUSY);
assign done = (state == DONE);

Это пример SystemVerilog, поясняющий структуру управления. Формирование work_done подключённым обработчиком и синхронизацию входов нужно реализовать отдельно.

Что легко пропустить в спецификации

Схема игнорирует start в BUSY и DONE. Если новый запрос нужен одновременно с завершением, сначала меняйте таблицу переходов. Выход Мили использует и состояние, и текущий вход, позволяя быструю реакцию, но требует проверки комбинационного пути и выбросов. Выбор двоичного либо one-hot^{iOne-hot — представление, в котором ровно один бит равен 1. Если допускаются также все нули, это отдельно называют one-hot-or-zero. Подробнее}-кодирования независим от классификации Мура/Мили.