三段式状态机设计

状态机设计需满足的几个要求:


1. 三段式要求

有限状态机采用三段式风格,即三个always块描述状态机.

     第一个组合逻辑always块用来描述下一状态的转移(next state logic)  

     第二个时序逻辑always块用来描述当前状态.(current state) 寄存器的复位和变化.       

     第三个always块用来描述输出.(output logic)  组合or时序 均可.       

优点:书写清晰,组合与时序分离设计,易于综合,且在一定程度上避免了状态转移和输出等组合逻辑中的毛刺.


2. 状态机状态信号命名方法

    当前状态命名为current_state,下一状态命名为next_state.

主要目的是为了提高状态机的可读性,为分析逻辑功 能提供方便,也可以是cstate or nstate.


3.编码方式

  准则:使用参数赋值状态
  两种常用的编码方式:二进制编码及独热码编码
  二进制编码占用的位数少,但其状态跳变需要额外的译码电路,这样的编码方式会对状态机的运行速度有所限制,可以满足一般的设计要求。
  独热码编码,以n bit表示n个 状态,这样编码的译码部分可以做到最简,工作频率可以做到较高,相对于二进制而言,需要更多的位。

建议使用的独热码,电路的速度和可靠性有显著的提高,但注意:存在多余的状态,就有一些不可到达的状态,需要在case语句的最后,加default分支,以确保能回到IDLE状态。


4.状态机设计的注意事项

    设计的状态跳转条件是否充分
    状态跳转条件都不满足的情况下,状态机如何工作
    未定义的状态应如何设计
    状态机跳转设计中,是否受外部信号的影响

5.三段式的写法

    组合逻辑always块:(负责状态的跳转)、

  always@(current_state or else signal)(敏感列表中存放对状态跳转有影响的信号)

     begin
     next_state=x;    (初始化,使得系统复位进入正确的状态)

     case(current_state)
     s1: if(.....)
 next_state=s2
     .
     .
     .......
     endcase
     end

    时序逻辑always块:
        always@(posedge clk or negedge rst)
         if(!rst)
         current_state<=IDLE;
         else
         current_state<=next_state;

  描述输出的always块可以是组合的也可以是时序的;

6.典型的序列检测状态机写法:


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