淺談FPGA 四段式狀態(tài)機(jī)

在FPGA中，相信有FPGA學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的都能了解，現(xiàn)在流行的狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)，一般可分為一段式、兩段式和三段式，如果不了解的，可以自行百度。

上面的三種設(shè)計(jì)法雖然很流行，但設(shè)計(jì)時(shí)仍然要考慮很多因素，導(dǎo)致總是要反反復(fù)復(fù)調(diào)試才能設(shè)計(jì)成功。這不符合明德?lián)P一次考慮一個(gè)因素、一次性設(shè)計(jì)正確的設(shè)計(jì)理念。為此，明德?lián)P特推出四段式狀態(tài)機(jī)的寫法。

四段式不是指三個(gè)always代碼，而是四段程序。使用四段式的寫法，可參照明德?lián)PGVIM特色指令Ztj產(chǎn)生的狀態(tài)機(jī)模板。

第一段，同步時(shí)序的always模塊，格式化描述次態(tài)遷移到現(xiàn)態(tài)寄存器。

always@（posedge clk or negedge rst_n）begin

if（！rst_n）begin

state_c 《= IDLE;

end

else begin

state_c 《= state_n;

end

end

第二段，組合邏輯的always模塊，描述狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件判斷。注意轉(zhuǎn)移條件用信號(hào)來表示，信號(hào)名要按明德?lián)P規(guī)則來命名。

always@（*）begin

case（state_c）

IDLE:begin

if（idle2s1_start）begin

state_n = S1;

end

else begin

state_n = state_c;

end

end

S1:begin

if（s12s2_start）begin

state_n = S2;

end

else begin

state_n = state_c;

end

end

S2:begin

if（s22idl）begin

state_n = IDLE;

end

else begin

state_n = state_c;

end

end

default:begin

state_n = IDLE;

end

endcase

end

assign idle2s1_start = state_c==IDLE && ;

assign s12s2_start = state_c==S1 && ;

assign s22idl_start = state_c==S2 && ;

第三段，用assign定義轉(zhuǎn)移條件。注意條件一定要加上現(xiàn)態(tài)。

assign idle2s1_start = state_c==IDLE && ;

assign s12s2_start = state_c==S1 && ;

assign s22idl_start = state_c==S2 && ;

第四段，設(shè)計(jì)輸出信號(hào)。明德?lián)P規(guī)范要求一個(gè)always設(shè)計(jì)一個(gè)信號(hào)，因此有多少個(gè)輸出信號(hào)，就有多少個(gè)always。

always @（posedge clk or negedge rst_n）begin

if（！rst_n）begin

out1 《=1‘b0

end

else if（state_c==S1）begin

out1 《= 1’b1;

end

else begin

out1 《= 1‘b0;

end

end

明德?lián)P四段式狀態(tài)機(jī)符合一次只考慮一個(gè)因素的設(shè)計(jì)理念。第一段代碼，照抄格式，完全不用想其他的。第二段代碼，只考慮狀態(tài)之間的跳轉(zhuǎn)，也就是說各個(gè)狀態(tài)機(jī)之間跳轉(zhuǎn)關(guān)系。第三段代碼，只考慮跳轉(zhuǎn)條件。第三段，每個(gè)信號(hào)逐個(gè)設(shè)計(jì)。

明德?lián)P為了保證一次設(shè)計(jì)正確，還制定了一些規(guī)范。例如第二段的跳轉(zhuǎn)條件，只準(zhǔn)用信號(hào)名代替，并且制定了跳轉(zhuǎn)條件的命名規(guī)范，1是解決了命名困難的問題，2是對(duì)轉(zhuǎn)移條件一目了然，如idl2s1_start，就可以看出是IDLE跳到S1狀態(tài)的條件。還有，明德?lián)P規(guī)定轉(zhuǎn)移條件的格式，一定是“ 當(dāng)前狀態(tài)&&具體條件”，以防想不到的情況出現(xiàn)。有了這些規(guī)范的保證，無論多復(fù)雜的場(chǎng)合，任何設(shè)計(jì)都能有條理、有步驟地一次性設(shè)計(jì)正確。