Стиль описания конечного автомата как образ мышления

Когда нужно преодолеть врожденную параллельность FPGA, и появляется желание заставить схему работать последовательно, по алгоритму, на помощь приходят конечные автоматы, про которые написано не мало академических и практических трудов.

Например, очень популярной является работа: Clifford E. Cummings, The Fundamentals of Efficient Synthesizable Finite State Machine Design using NC-Verilog and BuildGates. Всякий раз, когда специалисты решают обсудить, как правильно писать конечные автоматы, кто-то обязательно достает эту публикацию.

Статья стала настолько авторитетной, что многие даже не стараются анализировать аргументы автора. В частности, бытует мнение, что профессионалы всегда используют двухчастный способ описания конечных автоматов, имеется ввиду, описание конечных автоматов в 2 always блока. Это утверждение продолжает вызывать жаркие споры, и я хочу пояснить различия в описаниях конечного автомата с разным количество always блоков.

В беседах с коллегами я понял, что споры о том, как надо писать конечные автоматы в 1 или 2, 3 always блока, связаны с разным представлением (осознанием) реализуемого алгоритма, разным типом мышления. Попробую показать это на примере.

Я полагаю, что эта статья не первая статья о FSM и Verilog в вашей жизни, поэтому я не буду объяснять ни что такое конечный автомат, ни как он описывается на Verilog, а перейду сразу к делу.

Приоритетная структура кода

В разработке электронных устройств грань между разработчиком-схемотехником и разработчиком-программистом очень размыта. Что уж говорит о том, кто должен писать RTL под FPGA.

С одной стороны, RTL — это территория схем, с другой стороны, ресурсы FPGA дешевеют, синтезаторы умнеют. Цена ошибки RTL дизайнера для FPGA не превышает цены ошибки программиста, а созданные схемы можно также обновлять и наращивать по функциональности, как обычную прошивку процессора.

Производители микросхем тоже не отстают, стали паковать ПЛИС в один корпус с процессором, даже Intel выпустил процессор для PC с FPGA внутри, купив для этого известного производителя ПЛИС Altera.

Думаю всем истинным программистам Вселенная шлет сигналы, что им просто необходимо изучить RTL и начать писать “код” для FPGA не хуже, чем под их привычные процессоры.
Когда-то давно, я проходил этот путь и позволю себе дать несколько советов для ускорения.