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第三篇：状态机设计

已有 2474 次阅读| 2016-4-15 00:23

今天来记录一下状态机吧，固定格式一般不会忘，某些细节可能会忘，记在这里，忘记了就来翻吧！

(1)有限状态机（Finite State Machine）：由寄存器组和组合逻辑构成的硬件时序电路。
   有限状态：由寄存器组的0和1组合而成的若干个状态，在时钟触发下，根据组合逻辑的判断，进行状态之间的转换（寄存器组值的改变）。

(2)状态机的分类：{
①mealy状态机：输出与输入和当前状态有关
②Moore状态机：输出仅仅和当前状态有关
实际运用时不区分，写出来就OK...
}

(3)写代码时，最好先写状态迁移图;
定义状态机的状态最好使用大写字母。

(4)编码方式有二进制编码、独热码、格雷码等
二进制编码使用的寄存器数少，但是使用的组合逻辑较多（如比较器的位数较多，容易产生毛刺造成比较错误，不能高速运行）；
独热码使用的寄存器多，但是占用组合逻辑的资源少（如比较器位数是少，综合时会把状态综合成1位，state == 2‘b01--->综合器优化成state[0] == 1'b1,也就是优化成1位，二进制的则不能进行优化）。

(5)状态机的设计方法一般有两段式和三段式，因为三段式的状态机就是在两段式下加多一段组合逻辑；当前状态寄存器和下一状态寄存器合并到一起就是二段式状态机。

(6)使用两段式设计状态机风格一：{
第一部分描述状态机：复位，根据不同状态，进行条件判断，对状态进行转移（也就是给状态赋值）；
第二部分使用状态机控制变量输出：在不同的always块下对不同的输出进行赋值（也就是在一个always块中，根据不同的状态和条件，对一个输出进行赋值；在另一个always块中，根据不同的状态和条件，对另一个输出进行赋值....直到每个输出都被输出为止，当然不要忘记了复位赋值）。
}

(7)使用两段式设计状态机风格二：{
使用两个always块：一个用于时序状态寄存器；另外一个用于组合状态逻辑，判断下一个状态和输出逻辑。
格式如下：
   module xxxx(xxx);

   声明state,next_state变量
   .....
   //第一个always块，用来描述时序状态寄存器
   always@(posedge ckj or negedge rst_n)
   if(!rst_n)
      state <= IDLE;
   else
   state <= next_state;

   //第二个always块，组合逻辑
   always@(*)
   begin
      next_state <= IDLE;//下一状态初始值
      输出变量初始化；

     case(state)
             xxx:begin
                   next_state的赋值；
                   输出变量的赋值；
             end

             ......

              xxx:....

     endcase

   end

endmodule

该风格的注意事项和编码规则：
①在组合always使用always(*)语句以简化大妈设计
②always语句块的上部

初始化赋默认值，可以避免生成锁存器
③状态转移图中的每一个转换（if、if-else...），在组合always块中都要有相应的if-else块语句，数目要相等，逻辑要一致，否则实现的功能可能不一致。
④FSM中设计使用寄存器输出可以保证输出没有毛刺。、
⑤将第二个模块拆成两个always块，即一个always块支队状态进行赋值，根据不同状态，进行条件判断，给状态赋值；另一个状态使用状态机控制输出变量输出。这样就成为了三端式状态机（输出变量值的赋值可以在不同的always块进行）
}

(8)case语句中，在几个不同情况下执行相同操作的格式为;
case()
xx,xx,xx:begin

end
...
endcase

写完了...晚上上完课后，查了一些资料，写了这些东西，就到了这个点。晚安！