状态机写法
状态机
状态机简介状态机简写为FSM(Finite State Machine),主要分为2大类：第一类，若输出只和状态有关而与输入无关，则称为Moore状态机：第二类，输出不仅和状态有关而且和输入有关系，则称为Melay状态机。
要特别注意的是，因为Melay状态机和输入有关，输出会受到输入的干扰，所以可能会产生毛刺（Gitch）现象，使用时应当注意。
事实上现在市面上有很多EDA工具可以很方便的将采用状态图的描述转换成可以综合的VHDL程序代码。
Moore状态机其Moore状态图如图1所示。
S0/0S1/1S3/0S2/100110011其中S0/0所代表的意思为现在是状态S0且输出为0，状态图最主要是将每个状态都给予一个编号，详细描述如下：1）在某状态时，列出所有的输出条件。
2）在某状态时，当输入信号是什么则会跳至哪一个状态。
3）在某状态时，当输入信号是什么则会维持原状态不变。
可以将图1的Moore状态机写成状态表如表1.表1 Moore状态表状态表主要描述它与状态图的关系，再设计状态机电路是，需要先定义状态机的变量，定义状态机的变量时使用枚举类型来定义，如下范例所示：Type State is (S0,S1,S2,S3)接下来，状态会被加以编码。
其状态编码方式如下：（1）时序编码（Sequential）将每个状态以二进制来做编码。
（2）格雷码 (Gray)也是将四个State以二进制来编码，不过不同的是每次编码只会差一个位，其主要缺点是状态改变是要依序改变才可以，若状态不是依序是，则Gray编码不适用。
（3）独热码（One hot）独热码状态编码的特色为每一个状态均有自己的触发器，所以若有N个状态就也存在有N个触发器，在任一时刻只会有一组状态编码，缺点是会产生较大的电路，但是相对的使用独热码状态编码对帧错相当有帮助。
三种格式之状态编码如表2所示。
有了以上的初步观念，可以设计图1四个状态的Moore状态机。
状态机写法
状态机写法状态机是一个强大的编程工具，可以用来描述和管理复杂的系统行为。
状态机通常由状态、事件和转换三个部分组成。
以下是一个简单的状态机示例，用于描述一个开关的状态：class SwitchState:def __init__(self):# 初始状态self.state = "off"def handle_event(self, event):# 根据事件更新状态if event == "toggle":if self.state == "on":self.state = "off"else:self.state = "on"else:print("Unknown event")def get_state(self):return self.state在这个例子中，我们定义了一个名为SwitchState的类，它有一个state属性来存储当前状态，以及一个handle_event方法来处理事件并更新状态。
在handle_event方法中，我们检查事件是否为"toggle"，如果是，则根据当前状态切换状态。
如果不是"toggle"事件，则打印一条错误消息。
最后，我们还定义了一个get_state方法来获取当前状态。
使用这个状态机，我们可以很容易地模拟开关的行为。
例如：switch = SwitchState()print(switch.get_state()) # 输出 "off"switch.handle_event("toggle")print(switch.get_state()) # 输出 "on"switch.handle_event("toggle")print(switch.get_state()) # 输出 "off"。
如何写好状态机_Verilog_CH06_FSM
第６章 如何写好状态机节选自《Verilog设计与验证》作者：吴继华、王诚状态机是逻辑设计的重要内容，状态机的设计水平直接反应工程师的逻辑功底，所以许多公司的硬件和逻辑工程师面试中，状态机设计几乎是必选题目。
本章在引入状态机设计思想的基础上，重点讨论如何写好状态机。
本章主要内容如下：•状态机的基本概念；•如何写好状态机；•使用Synplify Pro分析FSM。
6.1 状态机的基本概念本节的重点在于帮助读者理解状态机的基本概念和应用场合。
6.1.1 状态机是一种思想方法相信大多数工科学生在学习数字电路时都学习过状态机的基本概念，了解一些使用状态机描述时序电路的基本方法。
但是，笔者希望大家能扩展思维，认识到状态机不仅仅是一种时序电路设计工具，它更是一种思想方法。
我们先看下面一个简单的例子。
在大学生活中，某学生的在校的学习生活可以简单地概括为宿舍、教室、食堂之间的周而复始，用图6-1就可以形象地表现出来。
这里画这张图，并不是要讨论这个学生是否是一个“乖乖”类型学生，请大家注意，如果将图中的“地点”认为是“状态”，将“功能”认为是状态的“输出”，这张图就是一张标准的状态转移图，也就是说，我们用状态机的方式清晰地描述了这个学生的在校生活方式。
第6章如何写好状态机138状态机的基本概念 139 就是状态机所要描述的核心和强项，换言之，所有具有逻辑顺序和时序规律的事情都适合用状态机描述。
很多初学者不知道何时应用状态机。
这里介绍两种应用思路：第一种思路，从状态变量入手。
如果一个电路具有时序规律或者逻辑顺序，我们就可以自然而然地规划出状态，从这些状态入手，分析每个状态的输入，状态转移和输出，从而完成电路功能；第二种思路是首先明确电路的输出的关系，这些输出相当于状态的输出，回溯规划每个状态，和状态转移条件与状态输入。
无论那种思路，使用状态机的目的都是要控制某部分电路，完成某种具有逻辑顺序或时序规律的电路设计。
其实对于逻辑电路而言，小到一个简单的时序逻辑，大到复杂的微处理器，都适合用状态机方法进行描述。
状态机图（精品）
状态机图1.概述状态机图（State Machine Diagram）是用来显示状态机的图，包括简单状态、转换和嵌套的复合状态等，一个典型的状态机图如图1所示：图1. 状态机图2.基本表示符号状态机图的基本元素包括：状态、转移、事件、伪状态和复合状态。
2.1状态（State）状态是对象生命周期中的一个条件或形态。
状态由对象的属性值、与其他对象的关系以及正在执行的活动来确定。
在UML中，状态用圆角矩形和状态名表示，初始状态用实心圆表示，终止状态用牛眼表示，如图2所示：图2. 状态状态可以有一个或多个分栏，这些分栏是可选的，包括名称分栏、嵌套区域、内部转换分栏等，如图3所示：图3. 带分栏的状态状态也可用圆角矩形上带有状态名称标签的方框表示，如图4所示：图4. 带有名称标签符号的状态2.2转移（Transaction）转移表示状态之间可能的路径，可以表示外部转换（用箭头表示），也可以表示内部转换（嵌套在状态内部）。
如图5所示：图5. 转移2.3事件（Event）事件是对，在特定时间和空间上，所发生的有意义的事情。
在状态机中，事件触发转移，事件或者显示在转换之上，或显示在状态以内。
共有四种类型的事件：信号事件、调用事件、时间事件、改变事件。
信号用于对象间异步传递的信息包，它没有任何操作，只有自身携带的信息。
信号事件是通过信号来触发的事件，在UML中，信号如图6所示：图6. 信号调用事件是请求在类语境的实例上调用特定的操作，在UML中，调用事件如图7所示：图7. 调用事件时间事件用关键字after表示，说明事件被触发的临界时间。
改变事件用关键字when表示，说明将事件改变所满足的条件。
如图8所示：图8. 时间事件和改变事件2.4伪状态（Pseudo State）伪状态指在一个状态机中具有状态的形式，同时具有特殊行为的顶点。
它是一个瞬时状态，用于构造转换的细节。
当伪状态处于活动时，状态机还没有完成从运行到完成的步骤，也不会处理事件。
状态机的三种写法
状态机的三种写法分别是：一段式：整个状态机写到一个always模块里面，在该模块中既描述状态转移，又描述状态的输入和输出。
二段式：用两个always模块来描述状态机，其中一个always模块采用同步时序描述状态转移；另一个模块采用组合逻辑判断状态转移条件，描述状态转移规律以及输出。
三段式：在两个always模块描述方法基础上，使用三个always模块。
一个always模块采用同步时序描述状态转移，一个always采用组合逻辑判断状态转移条件，描述状态转移规律，另一个always模块描述状态输出（可以用组合电路输出，也可以时序电路输出）。
verilog三段式状态机格式
Verilog三段式状态机格式1. 引言在数字电路设计领域，状态机是一种非常重要的设计工具，它能够描述系统在不同状态下的行为。
Verilog是一种硬件描述语言，可以用于描述数字电路的设计和验证。
其中，三段式状态机格式是一种常用的描述方式，本文将针对这一主题展开深入探讨。
2. 三段式状态机的定义三段式状态机包括状态寄存器、组合逻辑和next state逻辑。
状态寄存器用于存储系统的当前状态。
组合逻辑根据输入信号和当前状态计算出输出信号和下一个状态。
next state逻辑用于确定下一个状态的取值。
三段式状态机可以清晰地描述系统的状态转移关系，具有良好的可读性和可维护性。
3. 深入理解三段式状态机在实际应用中，三段式状态机格式能够很好地应对复杂的状态转移逻辑。
通过合理的状态定义和状态转移规则，可以实现高效、稳定的系统设计。
三段式状态机还有利于设计验证和仿真，能够有效减少错误的引入，并提高系统的可靠性。
4. 三段式状态机在Verilog中的应用在Verilog语言中，可以通过module和always语句来描述三段式状态机。
通过module定义状态寄存器和组合逻辑，明确定义输入、输出和状态变量。
通过always语句描述next state逻辑，根据输入信号和当前状态计算下一个状态的取值。
采用Verilog描述三段式状态机，能够有效提高设计的可移植性和可重用性。
5. 个人理解与观点三段式状态机格式作为一种强大的状态机描述方式，在数字电路设计中具有广泛的应用。
我个人认为，深入理解并灵活应用三段式状态机格式，对于提高数字电路设计的效率和质量具有重要意义。
通过对状态机转移关系的清晰描述，可以有效减少设计错误和优化系统性能。
6. 总结与回顾三段式状态机格式在Verilog语言中的应用具有重要价值。
通过本文的探讨，我对三段式状态机的概念和应用有了更深入的理解。
在今后的数字电路设计中，我将更加灵活地运用三段式状态机格式，以期实现更高效、可靠的系统设计。
verilog 状态机写法
verilog 状态机写法在Verilog中，有几种常用的状态机写法，包括Mealy状态机、Moore状态机和通用状态机。
下面简要介绍每种写法的特点：Mealy状态机：输出依赖于当前状态和输入信号。
输出的变化可以与状态的变化同步。
Verilog代码示例：module MealyFSM (input logic clk,input logic reset,input logic input_signal,output logic output_signal);enum logic [2:0] states;logic [2:0] current_state, next_state;always_ff @(posedge clk or posedge reset) beginif (reset)current_state <= states[0];elsecurrent_state <= next_state;endalways_comb begincase (current_state)states[0]: begin // State 0if (input_signal)next_state = states[1];elsenext_state = states[0];output_signal = input_signal & next_state[0]; // Output depends on current state and input signalendstates[1]: begin // State 1if (input_signal)next_state = states[0];elsenext_state = states[1];output_signal = input_signal | next_state[0]; // Output depends on current state and input signalend// Add more states and conditions as neededendcaseendEndmoduleMoore状态机：输出只依赖于当前状态。
傻孩子讲解状态机
状态机入门第一式：switch case 一线到底 要点： 用 switch 结构配合一个状态变量，通过修改状态变量的值来切换状态。
范例：
//! 定义状态名称与状态值之间的关系，增加可读性
#define FSM_START
0x00
#define FSM_STATE_A
0x01
#define FSM_STATE_B
不用凑热闹了。 2、 接下来，把流程图上每一个方框或者判断筐都“简单粗暴”地看成一个状态。 3、 将每一个状态用 if 结构表示出来
if (<</span>状态标志>) { //! 状态代码 …
} 4、 自己看着办，合并多余的状态，优化优化代码。
范例：
//! 首先将布尔量的状态标志压缩在一个字节里面以节省内存开支 typedef union {
满足）；某些情况下，一些一次性执行完的流程也可以独立成一个状态——它当然没有 等待任何条件的满足，你可以认为他是无条件进行状态转移的。
总体说来，状态机是一个万能的计算机语言表述方式，与具体的载体语言关系不大。心 中有状态，代码怎会无状态？状态机是裸机条件下多任务的廉价实现方案。在状态机多 任务条件下，操作系统牵涉的几乎所有概念都会有所涉及，比如任务的同步，临界区的 保护，任务间的通讯，任务的优先级，资源的动态分配等等。你可以这么理解，每一个 状态机都是一个进程，每一个状态都是一个线程，因为进程有自己的资源，而同一个进 程里面的多个线程是公用同一片资源的。你甚至可以在有抢占式操作系统的情况下用状 态机，这个时候，操作系统的每一个任务都是个内核，那么整个系统开发就可以登小于 多核系统开发了。 是不是很有意思？没意思就别看了！状态机的种种，以后再表。
状态机入门第三式：状态在心中，无态也变态
freertos 状态机写法
在 FreeRTOS 中，状态机（State Machine）是一种常见的编程模式，用于管理任务或线程的状态转换和行为。
在 FreeRTOS 中实现状态机通常涉及创建任务、使用任务通知、使用事件标志组或使用队列等方法。
以下是一个简单的 FreeRTOS 状态机的编写示例：#include "FreeRTOS.h"#include "task.h"// 定义状态枚举typedef enum{STATE_INIT,STATE_PROCESSING,STATE_COMPLETE} TaskState;// 定义任务句柄TaskHandle_t xTaskHandle = NULL;// 初始状态TaskState eCurrentState = STATE_INIT;// 任务处理函数void vTaskFunction(void*pvParameters){while(1){switch(eCurrentState){case STATE_INIT:// 执行初始化操作eCurrentState = STATE_PROCESSING;break;case STATE_PROCESSING:// 执行处理操作eCurrentState = STATE_COMPLETE;break;case STATE_COMPLETE:// 执行完成操作break;default:break;}// 可选的延时，避免过度占用 CPUvTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));}}// 在 main 函数中创建任务int main(void){// 创建任务xTaskCreate(vTaskFunction,"Task", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1,&xTaskHandle);// 启动调度器vTaskStartScheduler();// 不应该执行到这里for(;;);}在这个示例中，我们定义了一个简单的状态机，包括了三个状态：STATE_INIT、STATE_PROCESSING和STATE_COMPLETE。
按键精灵状态机写法
按键精灵状态机写法按键精灵（Key-Press Sprite）状态机的写法通常是使用一个状态变量来表示当前的状态，并通过判断这个状态变量的值来执行相应的操作。
状态机通常包含多个状态，每个状态对应一个特定的行为或状态转换。
以下是一个简单的按键精灵状态机的伪代码示例：# 定义状态IDLE_STATE = 0MOVING_STATE = 1ATTACKING_STATE = 2# 初始化状态变量current_state = IDLE_STATE# 游戏循环while True:# 获取用户输入user_input = get_user_input()# 根据当前状态执行相应的操作if current_state == IDLE_STATE:if user_input == "move":# 切换到移动状态current_state = MOVING_STATEstart_moving()elif user_input == "attack":# 切换到攻击状态current_state = ATTACKING_STATE start_attacking()elif current_state == MOVING_STATE:if user_input == "stop":# 切换回空闲状态current_state = IDLE_STATEstop_moving()elif user_input == "attack":# 切换到攻击状态current_state = ATTACKING_STATE stop_moving()start_attacking()elif current_state == ATTACKING_STATE: if user_input == "stop":# 切换回空闲状态current_state = IDLE_STATEstop_attacking()# 更新游戏状态update_game_state()在这个例子中，状态机有三个状态：IDLE_STATE（空闲状态）、MOVING_STATE（移动状态）和ATTACKING_STATE（攻击状态）。
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1 引言
Verilog HDL作为当今国际主流的HDL语言,在芯片的前端设计中有着广泛的应用。
它的语法丰富，成功地应用于设计的各个阶段：建模、仿真、验证和综合等。
可综合是指综合工具能将Verilog HDL代码转换成标准的门级结构网表，因此代码的描述必须符合一定的规则。
大部分数字系统都可以分为控制单元和数据单元两个部分，控制单元的主体是一个状态机，它接收外部信号以及数据单元产生的状态信息，产生控制信号，因而状态机性能的好坏对系统性能有很大的影响。
有许多可综合状态机的Verilog代码描述风格，不同代码描述风格经综合后得到电路的物理实现在速度和面积上有很大差别。
优秀的代码描述应当易于修改、易于编写和理解，有助于仿真和调试，并能生成高效的综合结果。
2 有限状态机
有限状态机(Finite State Machine,FSM)在数字系统设计中应用十分广泛。
根据状态机的输出是否与输入有关，可将状态机分为两大类：摩尔(Moore)型状态机和米莉(Mealy)型状态机。
Moore型状态机的输出仅与现态有关；Mealy型状态机的输出不仅与现态有关，而且和输入也有关。
图1是有限状态机的一般结构图，它主要包括三个部分，其中组合逻辑部分包括状态译码器和输出译码器，状态译码器确定状态机的下一个状态，输出译码器确定状态机的输出，状态寄存器属于时序逻辑部分，用来存储状态机的内部状态。
图1 状态机的结构框图
2.1 好的状态机标准
好的状态机的标准很多，最重要的几个方面如下：
第一，状态机要安全，是指FSM不会进入死循环，特别是不会进入非预知的状态，而且由于某些扰动进入非设计状态，也能很快的恢复到正常的状态循环中来。
这里面有两层含义。
其一要求该FSM的综合实现结果无毛刺等异常扰动，其二要求FSM要完备，即使受到异常扰动进入非设计状态，也能很快恢复到正常状态。
第二，状态机的设计要满足设计的面积和速度的要求。
第三，状态机的设计要清晰易懂、易维护。
需要说明的是，以上各项标准，不是割裂的，它们有着直接紧密的内在联系。
在芯片设计中，对综合结果评判的两个基本标准为：面积和速度。
“面积”是指设计所占用的逻辑资源数量；“速度”指设计在芯片上稳定运行所能够达到的最高频率。
两者是对立统一的矛盾体，要求一个设计同时具备设计面积最小，运行频率最高，这是不现实的。
科学的设计目标应该是：在满足设计时序要求(包含对设计最高频率的要求)的前提下，占用最小的芯片面积，或者在所规定的面积下，使设计的时序余量更大，频率更高。
另外，如果要求FSM安全，则很多时候需要使用“full case”的编码方式，即将状态转移变量的所有向量组合情况都在FSM 中有相应的处理，这经常势必意味着要多花更
多的设计资源，有时也会影响FSM的频率所以，上述的标准要综合考虑，根据设计的要求进行权衡。
2.2 状态机描述方法
状态机描述时关键是要描述清楚几个状态机的要素，即如何进行状态转移，每个状态的输出是什么，状态转移的条件等。
具体描述时方法各种各样，最常见的有三种描述方式：
1、一段式：整个状态机写到一个always模块里面，在该模块中既描述状态转移，又描述状态的输入和输出；
2、二段式：用两个always模块来描述状态机，其中一个always模块采用同步时序描述状态转移；另一个模块采用组合逻辑判断状态转移条件，描述状态转移规律以及输出；
3、三段式：在两个always模块描述方法基础上，使用三个always 模块，一个always模块采用同步时序描述状态转移，一个always采用组合逻辑判断状态转移条件，描述状态转移规律，另一个always 模块描述状态输出(可以用组合电路输出，也可以时序电路输出)。
一般而言,推荐的FSM 描述方法是后两种。
这是因为：FSM和其他设计一样，最好使用同步时序方式设计，以提高设计的稳定性，消除毛刺。
状态机实现后，一般来说，状态转移部分是同步时序电路而状态的转移条件的判断是组合逻辑。
第二种描述方法同第一种描述方法相比，将同步时序和组合逻辑分别放到不同的always模块中实现，这样做的好处不仅仅是便于阅读、理解、维护，更重要的是利于综合器优化代码，利于用户添加合适的
时序约束条件，利于布局布线器实现设计。
在第二种方式的描述中，描述当前状态的输出用组合逻辑实现，组合逻辑很容易产生毛刺，而且不利于约束，不利于综合器和布局布线器实现高性能的设计。
第三种描述方式与第二种相比，关键在于根据状态转移规律，在上一状态根据输入条件判断出当前状态的输出，从而在不插入额外时钟节拍的前提下，实现了寄存器输出。
2.3 状态机的编码
二进制编码(Binary)、格雷码(Gray-code)编码使用最少的触发器，较多的组合逻辑，而独热码(One-hot)编码反之。
独热码编码的最大优势在于状态比较时仅仅需要比较一个位，从而一定程度上简化了比较逻辑，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多使用二进制编码或格雷码，而FPGA多使用独热码编码。
另一方面，对于小型设计使用二进制和格雷码编码更有效，而大型状态机使用独热码更高效。