Schaumont, Figure 5.5 - Mealy FSM of a recognizer for the pattern ‘110’

Schaumont, Figure 5.6 - Moore FSM of a recognizer for the pattern ‘110’

Schaumont, Table 5.4 - Behavior of the FSMD in Listing 5.13

dp euclid(in m_in, n_in : ns(16);
                out gcd : ns(16)) {
  reg m, n : ns(16);
  reg done : ns(1);
  sfg init { m = m_in;
                n = n_in;
                done = 0;
                gcd = 0; }
  sfg reduce {   m = (m >= n) ? m - n : m;
                        n = (n > m) ? n - m : n; }
  sfg outidle {   gcd = 0;
                        done = ((m == 0) | (n == 0)); }
  sfg complete{ gcd = ((m > n) ? m : n);
                        $display(‘‘gcd = ’’, gcd); }
}

Schaumont, Listing 5.14 - Euclid’s GCD as an FSMD

fsm euclid_ctl(euclid) {
  initial s0;
  state s1, s2;
  @s0 (init) -> s1;
  @s1 if (done) then (complete) -> s2;
                         else (reduce, outidle) -> s1;
   @s2 (outidle) -> s2;
}

elementi di controllo introdotti con la FSM: quasi tutti quelli proposti nella precedente esperienza di laboratorio

N.B.: l'esecuzione di reduce e outidle attivata dalla FSM nello stato s1 è concorrente

dp updown_ctl(in a_sm_3, a_gt_0 : ns(1);
                         out instruction : ns(2)) {
  reg state_reg : ns(2);
  // state encoding: s0 = 0, s1 = 1, s2 = 2
  // instruction encoding: clr = 0, inc = 1, dec = 2
  always {
    state_reg  = (state_reg == 0) ? 1 :
                        ((state_reg == 1) & a_sm_3) ? 1 :
                        ((state_reg == 1) & ˜a_sm_3) ? 2 :
                        ((state_reg == 2) & a_gt_0) ? 2 : 1;
    instruction = (state_reg == 0) ? 0 :
                        ((state_reg == 1) & a_sm_3) ? 1 :
                        ((state_reg == 1) & ˜a_sm_3) ? 2 :
                        ((state_reg == 2) & a_gt_0) ? 2 : 1;
  }
}

Schaumont, Listing 5.15 - FSM controller for updown counter using expressions

il confronto con la descrizione dell'esempio nel Listing 5.13 mostra:

• una maggiore complessità descrittiva, e
• la necessità di introdurre una codifica numerica degli stati invece di una simbolica

per contro, descrizioni separate di controllore e datapath, entrambe mediante espressioni, possono essere combinate in una descrizione singola, il che può migliorare la prestazione

• per esempio, spesso si può ridurre la latenza di un ciclo di clock, perché le condizioni su transizioni di stato, che nel modello FSMD devono essere valutate su registri, in una descrizione singola di datapath possono essere generate e valutate nello stesso ciclo di clock
• tuttavia, come si vede appresso, a fronte di questo vantaggio emergono ulteriori inconvenienti

dp updown_ctl(out c : ns(3)) {
  reg a : ns(3);
  reg state : ns(2);
  sig a_sm_3 : ns(1);
  sig a_gt_0 : ns(1);
  // state encoding: s0 = 0, s1 = 1, s2 = 2
  always {
    state = (state == 0) ? 1 :
                ((state == 1) & a_sm_3) ? 1 :
                ((state == 1) & ˜a_sm_3) ? 2 :
                ((state == 2) & a_gt_0) ? 2 : 1;
    a_sm_3 = (a < 3);
    a_gt_0 = (a > 0);
    a = (state == 0) ? 0 :
          ((state == 1) & a_sm_3) ? a + 1 :
          ((state == 1) & ˜a_sm_3) ? a - 1 :
          ((state == 2) & a_gt_0) ? a + 1 : a - 1;
    c = a;
  }
}

Schaumont, Listing 5.16 - updown counter using expressions

il confronto fra la descrizione di FSMD in due parti data nei Listing 5.12 e 5.13 con questa descrizione monolitica mostra che in quest'ultima:

• la commistione degli aspetti di elaborazione dei dati con gli aspetti di scheduling, sequenziamento e controllo, complica la comprensibilità del disegno complessivo
• l'integrazione monolitica di tali aspetti rende più difficile anche la riusabilità di parti della descrizione
  • per esempio, riuso del datapath con uno scheduling diverso

per contro, la descrizione singola offre più opportunità di ottimizzazione:

• degli assegnamenti di stato, che sono invece generati automaticamente dagli strumenti di sintesi nell'altro caso
• di applicazioni dove il controllo è poco influente, mentre molto di più lo sono requisiti di throughput elevato

per applicazioni complesse, molto strutturate, la descrizione di FSMD con descrizioni separate di FSM e datapath sembra preferibile