Verilog三段式状态机描述

Allevi

Verilog三段式状态机描述

- K* Y( K( q! x( O4 S$ g        二段式：状态切换用时序逻辑，次态输出和信号输出用组合逻辑。
, }& N. j  i' E: U2 m        三段式：状态切换用时序逻辑，次态输出用组合逻辑，信号输出用时序逻辑。信号输出的process中，case语句用next state做条件，可以解决比组合逻辑输出慢一拍的问题。
$ N. n7 m  ^# R' T6 W" k有时候判断次态需要用到计数器怎么办呢（计数器是时序电路，用组合逻辑是实现不了的）？方法是独立实现一个计数器，而在组合逻辑里用使能信号（或清除、置位等）来控制它。

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时序电路的状态是一个状态变量集合，这些状态变量在任意时刻的值都包含了为确定电路的未来行为而必需考虑的所有历史信息。

状态机采用VerilogHDL语言编码，建议分为三个always段完成。

三段式建模描述FSM的状态机输出时，只需指定case敏感表为次态寄存器， 然后直接在每个次态的case分支中描述该状态的输出即可，不用考虑状态转移条件。

三段式描述方法虽然代码结构复杂了一些，但是换来的优势是使FSM做到了同步寄存器输出，消除了组合逻辑输出的不稳定与毛刺的隐患，而且更利于时序路径分组，一般来说在FPGA/cpld等可编程逻辑器件上的综合与布局布线效果更佳。

示列如下：

//第一个进程，同步时序always模块，格式化描述次态寄存器迁移到现态寄存器

always @ (posedge clk or negedge rst_n)  //异步复位

if(!rst_n)

   current_state <= IDLE;

else

   current_state <= next_state;//注意，使用的是非阻塞赋值

//第二个进程，组合逻辑always模块，描述状态转移条件判断

always @ (current_state)   //电平触发

  begin

    next_state = x;  //要初始化，使得系统复位后能进入正确的状态

    case(current_state)

    S1: if(...)

       next_state = S2;  //阻塞赋值

    ...

    endcase

end

//第三个进程，同步时序always模块，格式化描述次态寄存器输出

always @ (posedge clk or negedge rst_n)

...//初始化

case(next_state)  //判断输出的时候是用next_state还是current_state？

S1:

   out1 <= 1'b1;  //注意是非阻塞逻辑

S2:

   out2 <= 1'b1;

default:...   //default的作用是免除综合工具综合出锁存器。

endcase

end

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