Verilog常见编码方式：二进制码、格雷码、独热码

Verilog常见编码方式有：二进制码、格雷码、独热码；三种编码方式各有特点利弊，因此有必要理解比较，以求不同场合的合理选择：

一、结论：

二、详细了解

二进制码

格雷码

独热码

比较

三、参考

一、结论：

二进制编码：
   优点：属于压缩状态编码，状态机所需的状态向量位数较少；
   缺点：译码复杂；相邻状态变换时，多位发生改变，电噪声大，转换速度较慢，易出错；
格雷码：
   优点：属于压缩状态编码，状态机所需的状态向量位数较少；相邻状态变换时，仅一位发生改变，电噪声小，转换速度较快；
   缺点：译码复杂；
独热码：
   优点：对任意给定的状态，状态寄存器中只有l位为1，其余位都为0。译码简单
   缺点：速度较慢，触发器资源占用较多，面积较大；

二、详细了解

二进制码

在数学和数字电路中，二进制（binary）数是指用二进制记数系统，即以2为基数的记数系统表示的数字。

格雷码

概念：在一组数的编码中，若任意两个相邻的代码只有一位二进制数不同，则称这种编码为格雷码（Gray Code），另外由于最大数与最小数之间也仅一位数不同，即“首尾相连”，因此又称循环码或反射码。

意义：在数字系统中，采用8421码以及二进制码等编码方式时会出现相邻状编码多位改变。而在实际电路中，多为位同时改变可能出现短暂的其它代码（1100、1111等）、出错几率也大大增加。这些问题均可能导致电路错误。使用格雷码可以避免这种错误。

特点：

格雷码属于可靠性编码，是一种错误最小化的编码方式。因为，虽然自然二进制码可以直接由数/模转换器转换成模拟信号，但在某些情况，例如从十进制的3转换为4时二进制码的每一位都要变，能使数字电路产生很大的尖峰电流脉冲。而格雷码则没有这一缺点，它在相邻位间转换时，只有一位产生变化。它大大地减少了由一个状态到下一个状态时逻辑的混淆。由于这种编码相邻的两个码组之间只有一位不同，因而在用于方向的转角位移量－数字量的转换中，当方向的转角位移量发生微小变化（而可能引起数字量发生变化时，格雷码仅改变一位，这样与其它编码同时改变两位或多位的情况相比更为可靠，即可减少出错的可能性。
格雷码是一种绝对编码方式，典型格雷码是一种具有反射特性和循环特性的单步自补码，它的循环、单步特性消除了随机取数时出现重大误差的可能，它的反射、自补特性使得求反非常方便。
由于格雷码是一种变权码，每一位码没有固定的大小，很难直接进行比较大小和算术运算，也不能直接转换成液位信号，要经过一次码变换，变成自然二进制码，再由上位机读取。

独热码

概念：独热码，在英文文献中称做 one-hot code, 直观来说就是有多少个状态就有多少比特，而且只有一个比特为1，其他全为0的一种码制。通常，在通信网络协议栈中，使用八位或者十六位状态的独热码，且系统占用其中一个状态码，余下的可以供用户使用。

例如，有6个状态的独热码状态编码为：000001，000010，000100，001000，010000，100000。为了方便书写，也可将二进制简化为十六进制表示(从右往左每四位二进制位用一位十六进制数表示)。

比较

Binary（二进制编码）、gray-code（格雷码）编码使用最少的触发器，较多的组合逻辑，而one-hot（独热码）编码反之。one-hot 编码的最大优势在于状态比较时仅仅需要比较一个bit，一定程度上从而简化了比较逻辑，减少了毛刺产生的概率。由于CPLD更多地提供组合逻辑资源，而FPGA更多地提供触发器资源，所以CPLD多使用gray-code，而FPGA多使用one-hot编码。另一方面，对于小型设计使用gray-code和binary编码更有效，而大型状态机使用one-hot更高效。
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三、参考

https://baike.baidu.com/item/%E7%8B%AC%E7%83%AD%E7%A0%81/1428731?fr=aladdin

https://baike.baidu.com/item/%E6%A0%BC%E9%9B%B7%E7%A0%81

https://baike.baidu.com/item/%E4%BA%8C%E8%BF%9B%E5%88%B6%E7%A0%81