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Machines à états finie
Machine de Mealy.
• Mémorisation synchrone des
états (càd sur un front d’horloge).
• La sortie dépend directement de
l’entrée et ceci indépendamment
de l’horloge (clk).
⇒ Sortie asynchrone.
• Nombre d’états plus réduit que
pour une machine de Moore.
• Il est possible de resynchroniser
la sortie au besoin en ajoutant des
bascules D.
Combinatoire
des états
Entrées
Mémorisation
état (registre)
clk
Etat futur
Etat présent
Combinatoire
de la sortie
Sorties
• L’état futur est calculé à partir des entrées et de l’état présent.
• Les sorties d’une machine de Mealy dépendent de l’état présent et des entrées.
2
Machine de Mealy
Exemple : Machine de Mealy reconnaissant la séquence 10
E = ‘1’ / S <= ‘0’
Condition de
validation de
la transition
Affectation
de la valeur
‘0’ à la sortie
Etat 0 Etat 1
reset
E = ‘1’ / S <= ‘0’
E = ‘0’ / S <= ‘1’
E = ‘0’ / S <= ‘0’ E = ‘1’ / S <= ‘0’
clk
E
Etat 0 Etat 1 Etat 0
S
Etat présent
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Machines à états finie
Machine de Moore.
Combinatoire
des états
Entrées
Mémorisation
état (registre)
clk
Etat futur
Etat présent
Combinatoire
de la sortie
Sorties
• Les sorties d’une machine de Moore dépendent de l’état présent (synchrones, elles
changent sur un front d’horloge).
• L’état futur est calculé à partir des entrées et de l’état présent.
4
Machine de Moore
Exemple : Machine de Moore reconnaissant la séquence 10
reset
Etat 1
S <= ‘0’
E = ‘0’
Etat 0
S <= ‘0’
Etat 2
S <= ‘1’
E = ‘1’
E = ‘1’
E = ‘1’
E = ‘0’
E = ‘0’
clk
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Etat 0 Etat 1
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Ecriture VHDL – Machine de Mealy
Etat 0
Etat 0 Etat 1
Etat 1
reset
E = ‘1’ / S <= ‘0’
E = ‘0’ / S <= ‘1’
E = ‘0’ / S <= ‘0’ E = ‘1’ / S <= ‘0’
Combinatoire
des états
Entrées
Mémorisation
état (registre)
clk
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Combinatoire
de la sortie
Sorties
Combinatoire
des états
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Mémorisation
état (registre)
clk
Etat futur
Etat présent
Combinatoire
de la sortie
Sorties
Description avec 3 process
• Un process séquentiel de mise à jour de l’état
présent par l’état futur sur les fronts montant
d’horloge (reset asynchrone inclus) :
type Etat is (Etat0, Etat1);
Signal Etat_present, Etat_futur : Etat := Etat0;
Sequentiel_maj_etat : process (clk, reset)
begin
if reset = '0' then
Etat_present <= Etat0;
elsif clk'event and clk = '1' then
Etat_present <= Etat_futur;
end if;
end process Sequentiel_maj_etat;
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Ecriture VHDL – Machine de Mealy
Etat 0
Etat 0 Etat 1
Etat 1
reset
E = ‘1’ / S <= ‘0’
E = ‘0’ / S <= ‘1’
E = ‘0’ / S <= ‘0’ E = ‘1’ / S <= ‘0’
Combinatoire
des états
Entrées
Mémorisation
état (registre)
clk
Etat futur
Etat présent
Combinatoire
de la sortie
Sorties
Combinatoire
des états
Entrées
Mémorisation
état (registre)
clk
Etat futur
Etat présent
Combinatoire
de la sortie
Sorties
Description avec 3 process
• Un process combinatoire de calcul de l’état
futur à partir des entrées et de l’état présent :
Combinatoire_etats : process (E, Etat_present)
begin
case Etat_present is
when Etat0 => if E = '1' then
Etat_futur <= Etat1;
else
Etat_futur <= Etat0;
end if;
when Etat1 => if E = '1' then
Etat_futur <= Etat1;
else
Etat_futur <= Etat0;
end if;
end case;
end process Combinatoire_etats;
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Ecriture VHDL – Machine de Mealy
Etat 0
Etat 0 Etat 1
Etat 1
reset
E = ‘1’ / S <= ‘0’
E = ‘0’ / S <= ‘1’
E = ‘0’ / S <= ‘0’ E = ‘1’ / S <= ‘0’
Combinatoire
des états
Entrées
Mémorisation
état (registre)
clk
Etat futur
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Combinatoire
de la sortie
Sorties
Combinatoire
des états
Entrées
Mémorisation
état (registre)
clk
Etat futur
Etat présent
Combinatoire
de la sortie
Sorties
Description avec 3 process
• Un process combinatoire de calcul des sorties à
partir des entrées et de l’état présent :
Combinatoire_sorties : process (E, Etat_present)
begin
case Etat_present is
when Etat0 => if E = '1' then
S <= '0';
else
S <= '0';
end if;
when Etat1 => if E = '0' then
S <= '1';
else
S <= '0';
end if;
end case;
end process Combinatoire_sorties;
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Ecriture VHDL – Machine de Mealy
Description avec 2 process
• Les 2 process combinatoires possèdent la même liste de sensibilité, ils peuvent
donc être regroupés en un seul process afin d’abréger l’écriture.
⇒ 2 process = 1 process séquentiel + 1 process combinatoire
Description avec 1 process
• Description la plus compacte en utilisant une variable pour l’état (en lieu et place
des 2 signaux).
•A pour effet de resynchroniser la sortie de façon implicite.
• Cependant perte de lisibilité lors de l’écriture. Alors que cette description
n’apporte rien en terme de résultat de synthèse par rapport à une description 2
process.
⇒ À éviter (pt de vue personnel cependant …).
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Ecriture VHDL – Machine de Moore
Description avec 3 process
Combinatoire
des états
Entrées
Mémorisation
état (registre)
clk
Etat futur
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de la sortie
Sorties
Combinatoire
des états
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Etat 1
S <= ‘0’
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E = ‘0’
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• Un process séquentiel de mise à jour de l’état
présent par l’état futur sur les fronts montant
d’horloge (reset asynchrone inclus) :
type Etat is (Etat0, Etat1, Etat2);
Signal Etat_present, Etat_futur : Etat := Etat0;
Sequentiel_maj_etat : process (clk, reset)
begin
if reset = '0' then
Etat_present <= Etat0;
elsif clk'event and clk = '1' then
Etat_present <= Etat_futur;
end if;
end process Sequentiel_maj_etat;
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Ecriture VHDL – Machine de Moore
Description avec 3 process
Combinatoire
des états
Entrées
Mémorisation
état (registre)
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Etat futur
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Combinatoire
des états
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Mémorisation
état (registre)
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S <= ‘0’
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E = ‘1’
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Etat 1
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Etat 0
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Etat 2
S <= ‘1’
Etat 2
S <= ‘1’
E = ‘1’
E = ‘1’
E = ‘1’
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E = ‘0’
• Un process combinatoire de calcul de l’état
futur à partir des entrées et de l’état présent :
Combinatoire_etats : process (E, Etat_present)
begin
case Etat_present is
when Etat0 => if E = '1' then
Etat_futur <= Etat1;
else
Etat_futur <= Etat0;
end if;
when Etat1 => if E = ‘0' then
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else
Etat_futur <= Etat1;
end if;
when Etat2 => if E = '1' then
Etat_futur <= Etat1;
else
Etat_futur <= Etat0;
end if;
end case;
end process Combinatoire_etats;
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Ecriture VHDL – Machine de Moore
Description avec 3 process
Combinatoire
des états
Entrées
Mémorisation
état (registre)
clk
Etat futur
Etat présent
Combinatoire
de la sortie
Sorties
Combinatoire
des états
Entrées
Mémorisation
état (registre)
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Sorties
reset
Etat 1
S <= ‘0’
E = ‘0’
Etat 0
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Etat 2
S <= ‘1’
E = ‘1’
E = ‘1’
E = ‘1’
E = ‘0’
E = ‘0’
reset
Etat 1
S <= ‘0’
Etat 1
S <= ‘0’
E = ‘0’
Etat 0
S <= ‘0’
Etat 0
S <= ‘0’
Etat 2
S <= ‘1’
Etat 2
S <= ‘1’
E = ‘1’
E = ‘1’
E = ‘1’
E = ‘0’
E = ‘0’
• Un process combinatoire de calcul des sorties à
partir de l’état présent :
Combinatoire_sorties : process (Etat_present)
begin
case Etat_present is
when Etat0 => S <= '0';
when Etat1 => S <= '0';
when Etat2 => S <= '1';
end case;
end process Combinatoire_sorties;
12
Ecriture VHDL – Machine de Moore
Description avec 2 process
• Les 2 process combinatoires possèdent des listes de sensibilité « compatibles »,
ils peuvent donc être regroupés en un seul process afin d’abréger l’écriture.
⇒ 2 process = 1 process séquentiel + 1 process combinatoire
Description avec 1 process
• Description la plus compacte en utilisant une variable pour l’état (en lieu et place
des 2 signaux).
• Cependant perte de lisibilité lors de l’écriture. Alors que cette description
n’apporte rien en terme de résultat de synthèse par rapport à une description 2
process.
⇒ À éviter (pt de vue personnel cependant …).

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  • 1. 1 Machines à états finie Machine de Mealy. • Mémorisation synchrone des états (càd sur un front d’horloge). • La sortie dépend directement de l’entrée et ceci indépendamment de l’horloge (clk). ⇒ Sortie asynchrone. • Nombre d’états plus réduit que pour une machine de Moore. • Il est possible de resynchroniser la sortie au besoin en ajoutant des bascules D. Combinatoire des états Entrées Mémorisation état (registre) clk Etat futur Etat présent Combinatoire de la sortie Sorties • L’état futur est calculé à partir des entrées et de l’état présent. • Les sorties d’une machine de Mealy dépendent de l’état présent et des entrées.
  • 2. 2 Machine de Mealy Exemple : Machine de Mealy reconnaissant la séquence 10 E = ‘1’ / S <= ‘0’ Condition de validation de la transition Affectation de la valeur ‘0’ à la sortie Etat 0 Etat 1 reset E = ‘1’ / S <= ‘0’ E = ‘0’ / S <= ‘1’ E = ‘0’ / S <= ‘0’ E = ‘1’ / S <= ‘0’ clk E Etat 0 Etat 1 Etat 0 S Etat présent
  • 3. 3 Machines à états finie Machine de Moore. Combinatoire des états Entrées Mémorisation état (registre) clk Etat futur Etat présent Combinatoire de la sortie Sorties • Les sorties d’une machine de Moore dépendent de l’état présent (synchrones, elles changent sur un front d’horloge). • L’état futur est calculé à partir des entrées et de l’état présent.
  • 4. 4 Machine de Moore Exemple : Machine de Moore reconnaissant la séquence 10 reset Etat 1 S <= ‘0’ E = ‘0’ Etat 0 S <= ‘0’ Etat 2 S <= ‘1’ E = ‘1’ E = ‘1’ E = ‘1’ E = ‘0’ E = ‘0’ clk E Etat 0 Etat 1 S Etat présent Etat 2 Etat 0
  • 5. 5 Ecriture VHDL – Machine de Mealy Etat 0 Etat 0 Etat 1 Etat 1 reset E = ‘1’ / S <= ‘0’ E = ‘0’ / S <= ‘1’ E = ‘0’ / S <= ‘0’ E = ‘1’ / S <= ‘0’ Combinatoire des états Entrées Mémorisation état (registre) clk Etat futur Etat présent Combinatoire de la sortie Sorties Combinatoire des états Entrées Mémorisation état (registre) clk Etat futur Etat présent Combinatoire de la sortie Sorties Description avec 3 process • Un process séquentiel de mise à jour de l’état présent par l’état futur sur les fronts montant d’horloge (reset asynchrone inclus) : type Etat is (Etat0, Etat1); Signal Etat_present, Etat_futur : Etat := Etat0; Sequentiel_maj_etat : process (clk, reset) begin if reset = '0' then Etat_present <= Etat0; elsif clk'event and clk = '1' then Etat_present <= Etat_futur; end if; end process Sequentiel_maj_etat;
  • 6. 6 Ecriture VHDL – Machine de Mealy Etat 0 Etat 0 Etat 1 Etat 1 reset E = ‘1’ / S <= ‘0’ E = ‘0’ / S <= ‘1’ E = ‘0’ / S <= ‘0’ E = ‘1’ / S <= ‘0’ Combinatoire des états Entrées Mémorisation état (registre) clk Etat futur Etat présent Combinatoire de la sortie Sorties Combinatoire des états Entrées Mémorisation état (registre) clk Etat futur Etat présent Combinatoire de la sortie Sorties Description avec 3 process • Un process combinatoire de calcul de l’état futur à partir des entrées et de l’état présent : Combinatoire_etats : process (E, Etat_present) begin case Etat_present is when Etat0 => if E = '1' then Etat_futur <= Etat1; else Etat_futur <= Etat0; end if; when Etat1 => if E = '1' then Etat_futur <= Etat1; else Etat_futur <= Etat0; end if; end case; end process Combinatoire_etats;
  • 7. 7 Ecriture VHDL – Machine de Mealy Etat 0 Etat 0 Etat 1 Etat 1 reset E = ‘1’ / S <= ‘0’ E = ‘0’ / S <= ‘1’ E = ‘0’ / S <= ‘0’ E = ‘1’ / S <= ‘0’ Combinatoire des états Entrées Mémorisation état (registre) clk Etat futur Etat présent Combinatoire de la sortie Sorties Combinatoire des états Entrées Mémorisation état (registre) clk Etat futur Etat présent Combinatoire de la sortie Sorties Description avec 3 process • Un process combinatoire de calcul des sorties à partir des entrées et de l’état présent : Combinatoire_sorties : process (E, Etat_present) begin case Etat_present is when Etat0 => if E = '1' then S <= '0'; else S <= '0'; end if; when Etat1 => if E = '0' then S <= '1'; else S <= '0'; end if; end case; end process Combinatoire_sorties;
  • 8. 8 Ecriture VHDL – Machine de Mealy Description avec 2 process • Les 2 process combinatoires possèdent la même liste de sensibilité, ils peuvent donc être regroupés en un seul process afin d’abréger l’écriture. ⇒ 2 process = 1 process séquentiel + 1 process combinatoire Description avec 1 process • Description la plus compacte en utilisant une variable pour l’état (en lieu et place des 2 signaux). •A pour effet de resynchroniser la sortie de façon implicite. • Cependant perte de lisibilité lors de l’écriture. Alors que cette description n’apporte rien en terme de résultat de synthèse par rapport à une description 2 process. ⇒ À éviter (pt de vue personnel cependant …).
  • 9. 9 Ecriture VHDL – Machine de Moore Description avec 3 process Combinatoire des états Entrées Mémorisation état (registre) clk Etat futur Etat présent Combinatoire de la sortie Sorties Combinatoire des états Entrées Mémorisation état (registre) clk Etat futur Etat présent Combinatoire de la sortie Sorties reset Etat 1 S <= ‘0’ E = ‘0’ Etat 0 S <= ‘0’ Etat 2 S <= ‘1’ E = ‘1’ E = ‘1’ E = ‘1’ E = ‘0’ E = ‘0’ reset Etat 1 S <= ‘0’ Etat 1 S <= ‘0’ E = ‘0’ Etat 0 S <= ‘0’ Etat 0 S <= ‘0’ Etat 2 S <= ‘1’ Etat 2 S <= ‘1’ E = ‘1’ E = ‘1’ E = ‘1’ E = ‘0’ E = ‘0’ • Un process séquentiel de mise à jour de l’état présent par l’état futur sur les fronts montant d’horloge (reset asynchrone inclus) : type Etat is (Etat0, Etat1, Etat2); Signal Etat_present, Etat_futur : Etat := Etat0; Sequentiel_maj_etat : process (clk, reset) begin if reset = '0' then Etat_present <= Etat0; elsif clk'event and clk = '1' then Etat_present <= Etat_futur; end if; end process Sequentiel_maj_etat;
  • 10. 10 Ecriture VHDL – Machine de Moore Description avec 3 process Combinatoire des états Entrées Mémorisation état (registre) clk Etat futur Etat présent Combinatoire de la sortie Sorties Combinatoire des états Entrées Mémorisation état (registre) clk Etat futur Etat présent Combinatoire de la sortie Sorties reset Etat 1 S <= ‘0’ E = ‘0’ Etat 0 S <= ‘0’ Etat 2 S <= ‘1’ E = ‘1’ E = ‘1’ E = ‘1’ E = ‘0’ E = ‘0’ reset Etat 1 S <= ‘0’ Etat 1 S <= ‘0’ E = ‘0’ Etat 0 S <= ‘0’ Etat 0 S <= ‘0’ Etat 2 S <= ‘1’ Etat 2 S <= ‘1’ E = ‘1’ E = ‘1’ E = ‘1’ E = ‘0’ E = ‘0’ • Un process combinatoire de calcul de l’état futur à partir des entrées et de l’état présent : Combinatoire_etats : process (E, Etat_present) begin case Etat_present is when Etat0 => if E = '1' then Etat_futur <= Etat1; else Etat_futur <= Etat0; end if; when Etat1 => if E = ‘0' then Etat_futur <= Etat2; else Etat_futur <= Etat1; end if; when Etat2 => if E = '1' then Etat_futur <= Etat1; else Etat_futur <= Etat0; end if; end case; end process Combinatoire_etats;
  • 11. 11 Ecriture VHDL – Machine de Moore Description avec 3 process Combinatoire des états Entrées Mémorisation état (registre) clk Etat futur Etat présent Combinatoire de la sortie Sorties Combinatoire des états Entrées Mémorisation état (registre) clk Etat futur Etat présent Combinatoire de la sortie Sorties reset Etat 1 S <= ‘0’ E = ‘0’ Etat 0 S <= ‘0’ Etat 2 S <= ‘1’ E = ‘1’ E = ‘1’ E = ‘1’ E = ‘0’ E = ‘0’ reset Etat 1 S <= ‘0’ Etat 1 S <= ‘0’ E = ‘0’ Etat 0 S <= ‘0’ Etat 0 S <= ‘0’ Etat 2 S <= ‘1’ Etat 2 S <= ‘1’ E = ‘1’ E = ‘1’ E = ‘1’ E = ‘0’ E = ‘0’ • Un process combinatoire de calcul des sorties à partir de l’état présent : Combinatoire_sorties : process (Etat_present) begin case Etat_present is when Etat0 => S <= '0'; when Etat1 => S <= '0'; when Etat2 => S <= '1'; end case; end process Combinatoire_sorties;
  • 12. 12 Ecriture VHDL – Machine de Moore Description avec 2 process • Les 2 process combinatoires possèdent des listes de sensibilité « compatibles », ils peuvent donc être regroupés en un seul process afin d’abréger l’écriture. ⇒ 2 process = 1 process séquentiel + 1 process combinatoire Description avec 1 process • Description la plus compacte en utilisant une variable pour l’état (en lieu et place des 2 signaux). • Cependant perte de lisibilité lors de l’écriture. Alors que cette description n’apporte rien en terme de résultat de synthèse par rapport à une description 2 process. ⇒ À éviter (pt de vue personnel cependant …).