JP2848331B2 - ハザードフリー有限状態機械合成方式 - Google Patents

ハザードフリー有限状態機械合成方式

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JP2848331B2 JP8113375A JP11337596A JP2848331B2 JP 2848331 B2 JP2848331 B2 JP 2848331B2 JP 8113375 A JP8113375 A JP 8113375A JP 11337596 A JP11337596 A JP 11337596A JP 2848331 B2 JP2848331 B2 JP 2848331B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電子ハードウェア装
置に関し、より詳しくは、ハザードフリー有限状態機械
合成方式に関する。
【0002】
【従来の技術】有限状態機械を合成する場合、従来は人
手で設計することが主流であり、回路規模が小さく、高
速動作する有限状態機械を設計するために経験的な知識
を用いて状態割当を行うことが多かった。その後、CA
D技術の発展に伴い、有限状態機械を自動的に合成する
方式がいくつか考案された。例えば、特開平5−182
648号公報に記載の「状態割当装置」では、入力信号
と内部信号や内部状態との関連を解析し、状態遷移の際
に変化する信号線数が少なくなるように状態割当を行う
ことにより、組合せ回路を小さくする技術が提案がされ
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の有限
状態機械合成方式は、与えられた状態遷移図、入出力信
号の仕様に基づいて、状態割当をし、次に各状態をデコ
ードして出力信号を得ている。。しかし、この方式で出
力信号を構成すると、状態をデコードする組合せ回路の
遅延のばらつきにより、出力波形にハザードが生じる可
能性がある。通常の同期回路においては出力信号のエッ
ジを用いることはないので、このようなハザードは問題
ない。しかし、メモリをアクセスするために用いられる
信号、あるいはクロックの異なる外部機器の制御信号の
場合には、信号のエッジが用いられるので、ハザードを
生じるのは誤動作の原因となる。
【0004】この出力信号におけるハザードを防止する
ために、従来では、デコード回路に遅延を挿入してハザ
ードが生じないようにするか、各状態遷移間で1ビット
した変化しないように状態を割り当てる等の対策をして
いた。しかし、デコード回路に遅延を挿入するのは不確
実であり、回路の速度性能を落とすおそれがある。ま
た、状態遷移間で1ビットしか変化しないように状態を
割り当てるのも、状態割当の自由度を減らし、設計を困
難にする原因となる。
【0005】本発明の目的は、出力信号の状態を区別す
ることを可能とする一方で、信号波形にハザードが生じ
るのを防止した有限状態機械の合成方式を提供すること
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、有限状態機械
を構成する際に、状態遷移図と入出力信号の仕様に基づ
き出力信号の本数分だけ出力信号用フリップフロップを
用意する手段と、状態遷移図で必要とされる全状態を区
別するために追加する状態分離用フリップフロップを用
意する手段と、状態遷移図や出力信号波形の仕様に基づ
き状態を割り当てる手段とを備えることを特徴とする。
【0007】また、ハザードフリーにする必要のある信
号の数が限られている場合には、状態遷移図と入出力信
号の仕様に基づきハザードフリーにする信号の本数分だ
け出力信号用フリップフロップを用意する手段と、ハザ
ードフリーにする必要のない残りの信号がとり得る全組
合わせを表すのに必要な状態数を保持するためのフリッ
プフロップを用意する手段と、状態遷移図で必要とされ
る全状態を区別するために追加する状態分離用フリップ
フロップを用意する手段と、状態遷移図や出力信号波形
の仕様に基づき状態を割り当てる手段とを備えることを
特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1はハザードフリー有限状態機械
合成方式の入力とする状態遷移図を示しており、ここで
は入力信号A(符号11)と入力信号B(符号12)に
対する各状態S0〜S6での出力信号X(符号13)と
出力信号Y(符号14)の両方をハザードフリーにする
実施形態の例を説明する。まず、出力信号Xと出力信号
Yにフリップフロップ100,101を割り当てて状態
とすることを考える。その場合、図2の状態図に示すよ
うに、状態S3と状態S5が同じ出力信号Xと出力信号
Yの組合せ“10”になり、状態S1と状態S4と状態
S6が同じ出力信号Xと出力信号Yの組合せ“01”に
なる。したがって、出力信号Xと出力信号Yをフリップ
フロップに割り当てただけでは状態を表すのに不十分で
あることがわかる。
【0009】このように、出力信号Xと出力信号Yにフ
リップフロップを割り当てて状態とした場合に、最大で
3状態(状態S1、状態S4、状態S6)が同じになっ
てしまうので、その3状態を区別するのに、少なくとも
2ビット分のフリップフロップが必要なことがわかる。
そこで、図3の状態図に示すように、状態分離用フリッ
プフロップQA(符号102)と状態分離用フリップフ
ロップQB(符号103)を追加して状態割当する。
【0010】このようにして、出力信号X用フリップフ
ロップ100、出力信号Y用フリップフロップ101、
状態分離用フリップフロップQA102、状態分離用フ
リップフロップQB103の4つのフリップフロップを
用いて状態を割り当てることにより、出力信号Xと出力
信号Yをハザードフリーにした有限状態機械を合成する
ことができる。なお、状態割当が決まった後の有限状態
機械合成の方式については、自明であるので、既存の技
術を用いる。
【0011】このように、この方式では、状態をデコー
ドした所望の信号を作るものではなく、状態を示す各ビ
ットの一部をそのまま必要な出力信号とし、それだけで
状態割当がうまくいかない分に関しては、フリップフロ
ップを追加して状態を追加することにより、状態を区別
できるようにすることにより、信号波形にハザードが生
じるのを防ぐことが可能となる。したがって、出力信号
はフリップフロップの出力をそのまま用いることになる
ので、決してハザードは生じない。そして、出力信号用
のデコード回路が不要になるため、クロックのエッジか
ら信号が出力されるまでの遅延がフリップフロップのみ
の遅延になるため、高速になる。
【0012】次に、出力信号を全てハザードフリーにす
る必要はない場合について示す。状態遷移図について
は、図1を仮定し、出力信号Xはハザードフリーにする
が、出力信号Yはハザードが生じても構わないとする。
まずハザードフリーにしなければならない出力信号Xに
フリップフロップを割り当てて状態とすることを考え
る。その場合、図4の状態図に示すように状態S0と状
態S1と状態S4と状態S6が同じ出力信号Xの値
“0”になり、状態S2と状態S3と状態S5が同じ出
力信号Xの値“1”になる。したがって、出力信号Xを
フリップフロップ200に割り当てただけでは状態を表
すのに不十分であることがわかる。
【0013】このように、出力信号Xにフリップフロッ
プ200を割り当てて状態とした場合に、最大で4状態
(状態S0、状態S1、状態S4、状態S6)が同じに
なってしまうので、その4状態を区別するのに、少なく
とも2ビット分のフリップフロップが必要なことがわか
る。そこで、図5の状態図に示すように、状態分離用フ
リップフロップQA(符号201)と状態分離用フリッ
プフロップQB(符号202)を追加して状態割当す
る。
【0014】このようにして、出力信号X用フリップフ
ロップ200、状態分離用フリップフロップQA20
1、状態分離用フリップフロップQB202の3つのフ
リップフロップを用いて状態を割り当てることにより、
出力信号Xをハザードフリーにした有限状態機械を合成
することができる。なお、ハザードフリーにする必要の
ない出力信号Yについては、出力信号X用フリップフロ
ップ200、状態分離用フリップフロップQA201、
状態分離用フリップフロップQB202の3つのフリッ
プフロップで表される状態をデコードして生成する。
【0015】このように、出力信号のうちの一部の信号
のみをハザードフリーにする必要がある場合において
も、状態遷移図で必要とされる全状態を区別するため
に、状態分離用フリップフロップを追加し、最後に状態
遷移図や出力信号波形の仕様に基づき、状態を割り当て
ることにより、全ての出力信号をハザードフリーにする
場合よりも少ないフリップフロップ数で有限状態機械を
合成することができる。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、状態遷移
図と入出力信号の仕様を入力とし、出力信号の種類の分
だけ出力信号用フリップフロップを用意し、次に、状態
遷移図で必要とされている状態数を区別するために、状
態分離用フリップフロップを追加し、最後に状態遷移図
や出力信号波形の仕様に基づき、状態を割り当てる方式
を採用することで、出力信号はフリップフロップの出力
をそのまま用いることになるので、決してハザードは生
じることはなく、しかも出力信号用のデコード回路が不
要になるため、クロックのエッジから信号が出力される
までの遅延がフリップフロップのみの遅延になるため、
高速化が達成できる。
【0017】また、出力信号のうちの一部の信号のみを
ハザードフリーにする必要がある場合には、状態遷移図
と入出力信号の仕様を入力し、ハザードフリーにする出
力信号の本数分だけ出力信号用フリップフロップを用意
し、次に、ハザードフリーにする必要のない残りの信号
ととり得る全組合せを表すのに必要な状態数を保持する
ためのフリップフロップを用意し、さらに、状態遷移図
で必要とされる全状態を区別するために、状態分離用フ
リップフロップを追加し、最後に状態遷移図や出力信号
波形の仕様に基づき、状態を割り当てる方式を採用する
ことで、全ての出力信号をハザードフリーにする場合よ
りも少ないフリップフロップ数で有限状態機械を合成す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】入力仕様となる状態遷移図の例を示す図であ
る。
【図2】出力信号をフリップフロップに割り当てた状態
図である。
【図3】状態分離用フリップフロップを追加して状態割
当を行った状態図である。
【図4】出力信号の一部をハザードフリーにしたときの
出力信号をフリップフロップに割り当てた状態図であ
る。
【図5】出力信号の一部をハザードフリーにしたときに
おける状態分離用フリップフロップを追加して状態割当
を行った状態図である。
【符号の説明】
11 入力信号A 12 入力信号B 13 出力信号X 14 出力信号Y 100 出力信号X用フリップフロップ 101 出力信号Y用フリップフロップ 102 状態分離用フリップフロップQA 103 状態分離用フリップフロップQB 200 出力信号X用フリップフロップ 201 状態分離用フリップフロップQA 202 状態分離用フリップフロップQB

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有限状態機械を構成する際に、状態遷移
    図と入出力信号の仕様に基づき出力信号の本数分だけ出
    力信号用フリップフロップを用意する手段と、状態遷移
    図で必要とされる全状態を区別するために追加する状態
    分離用フリップフロップを用意する手段と、状態遷移図
    や出力信号波形の仕様に基づき状態を割り当てる手段と
    を備えることを特徴とするハザードフリー有限状態機械
    合成方式。
  2. 【請求項2】 ハザードフリーにする必要のある信号の
    数が限られている場合、状態遷移図と入出力信号の仕様
    に基づきハザードフリーにする信号の本数分だけ出力信
    号用フリップフロップを用意する手段と、ハザードフリ
    ーにする必要のない残りの信号がとり得る全組合わせを
    表すのに必要な状態数を保持するためのフリップフロッ
    プを用意する手段と、状態遷移図で必要とされる全状態
    を区別するために追加する状態分離用フリップフロップ
    を用意する手段と、状態遷移図や出力信号波形の仕様に
    基づき状態を割り当てる手段とを備える請求項1のハザ
    ードフリー有限状態機械合成方式。
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