高级综合优化二：状态机编码转换

我们在综合时，为了面积和时序目标，常常开了很多优化选项，比如compile_ultra。这个命令会根据面积和时序的要求，自动ungroup部分子模块，并进行跨模块边界优化。为了优化动态功耗，我们还会自动插入门控时钟。还有DCT、DCG模式，会打开物理优化，为了修复Cap和Transition的违例，进行寄存器复制、子模块端口复制等。下面就这些选项做一些说明。

状态机编码转换

我们都知道状态机最好用格雷码，原因是相临两个状态只有一位变化。但实际项目中，要实现格雷码并不容易。如下的例子中，四个状态A、B、C、D可以相互跳转。A、B、C、D四个状态的格雷码分别是00、01、11、10。我们发现A与D跳转、B与C跳转，并不只是变一位，而是变化了两位。所谓的格雷码的优势也就不存在了。（位数变化少，还有一个好处就是功耗低。）

比格雷码更极端的编码方式——独热码。如下图，任意两个状态都只变化两位，且每个状态都有且只有一位是1。这样状态机的状态就可以用1位来表示：A = current_state[0]，B = current_state[1]，C = current_state[2]，D = current_state[3]。所以可以看出独热码的译码逻辑更简单，即Timing最好。

缺点是状态的编码用到的DFF数量呈指数增加。比如32个状态，用格雷码只需要5个DFF，用独热码却需要32个DFF，面积大。

我们写代码时，怎么折中呢？用格雷码比较麻烦，需要根据状态之间的跳转概率和顺序来调整哪个状态用哪个编码。而且有时候总是会出现多bit变化的情况。如果修改代码时增加了状态或者减少了状态，格雷码需要重新调整。

那么有没有更好的方式呢？有。利用综合工具的状态机优化选项——“重编码”。代码里写哪种编码已经不重要了，都可以在综合时提取再重编码。

dc_shell> set_fsm_encoding_style -help

Usage: set_fsm_encoding_style

[< one_hot | zero_one_hot | binary | gray | auto | neutral >]

状态机相关的option：

set_fsm_encoding

set_fsm_minimize

set_fsm_preserve_state

set_fsm_encoding_style

set_fsm_order

set_fsm_state_vector

那工具都这么智能了，我们还需要学习和保持优秀状态机的写法吗？要的。因为工具是为人服务的，只是人的小帮手。