Verilog三段式状态机的建模方法和注意事项
verilog三段式写法 -回复
verilog三段式写法-回复Verilog三段式写法及其应用[引言]Verilog是一种硬件描述语言，常用于数字系统设计和验证。
其三段式写法是一种结构化代码编写方法，使得Verilog代码更具可读性和可维护性。
本文将介绍Verilog三段式写法的基本原则和应用。
[主体]一、Verilog三段式写法的基本原则Verilog三段式写法分为模块声明段、模块实例化段和连线连接段三个部分。
遵循以下原则可以使得代码更加易读、易写和易维护。
1. 模块声明段：模块声明段用于定义模块的输入输出端口、内部信号和模块内部子模块。
在此段中，要定义输入输出端口的类型、宽度，并按照功能进行分组，以增强代码的清晰度和可读性。
2. 模块实例化段：模块实例化段用于实例化其他模块。
在此段中，以模块名为关键字，通过实例名来调用其他模块。
通过这种方式，可以方便地进行模块的复用，提高代码编写的效率。
3. 连线连接段：连线连接段用于将模块内信号和模块之间的端口进行连接。
在此段中，通过连线语句将模块内的信号与输入输出端口相连接。
这里可以使用连线运算符"->"和"<-"来表示方向，以增加代码的可读性。
二、Verilog三段式写法的应用Verilog三段式写法可以有效地帮助我们组织和管理代码，下面列举几个应用场景：1. 声明段的应用：在声明段中，我们可以按照功能和类型对端口进行分组。
例如，我们可以将输入端口和输出端口分开定义，可以使得代码更加清晰易读。
同时，在定义端口的时候，我们可以指定端口的数据类型和位数，这样可以提高代码的安全性和可读性。
2. 实例化段的应用：在实例化段，我们可以实例化其他模块，并且给实例化的模块分配实例名。
通过实例化可以方便地实现模块之间的复用和调用，提高代码的可维护性和可扩展性。
同时，实例名的设置也可以使得代码更加易读和易理解。
3. 连线连接段的应用：在连线连接段，我们可以使用连线语句将模块内的信号与输入输出端口相连接。
每天多学一点：Verilog编写技巧（一）
每天多学一点：Verilog编写技巧（一）来源：网路素材好的设计者一般都要对电路要实现的功能有清晰的认识，对数据流很清楚，知道数据如何从一个点移动到另一个点，这就是所谓的“勾划”(walk-through)。
一旦设计蓝图在脑海中变得清晰，此后釆用Verilog编写数据路径和控制逻辑就会变得思路清晰。
脑海中的模拟正如大多数人玩过的象棋游戏，我们都知道提前谋划是何等重要，要在下一次移动棋子之前考虑好此后的几步棋应该怎么走，以确保不会出错，不被对手捕捉到机会。
电路设计过程与下棋非常相似。
当设计状态机、数据路径或者控制逻辑时，我们知道它们的功能。
在进行设计仿真之前，我们需要思考代码在不同输入和边界条件下如何工作。
如果用心去做好这一步工作，并且分析可能出现的问题，验证工作将会变得非常高效。
另外，这一步也给我们建立了自信，使我们确信整个设计非常扎实，可以很好地工作。
否则很可能出现的情况是在验证阶段反复发现问题并进行电路修改，不断进行补救T.作，并且最终也不能确定设计足否还隐含着没有被发现的问题。
哪种风格—数据流或算法描述组合逻辑有两种方式—使用wire(对应数据流描述方式）或者使用reg(对应算法描述方式）。
这两种方式都能实现相同的逻辑功能，综合后得到相同的门电路，具体使用哪一种方式可以根据个人喜好。
数据流—短表达式举例wire [7:0] regl0_nxt;assign regl0_nxt = wren ? data_in : regl0;算法—短表达式举例reg [7:0] regl0_nxt;always @(*) beginreglO_nxt = reglO;if (wren)regl0_nxt = data_in;end当表达式非常简单时，一般更倾向于使用数据流风格来实现，此时代码行数很少。
然而，当表达式很长并且与很多条件有关时，数据流风格阅读起来较为费力。
此时可以使用算法风格，可以采用if-else 语句进行描述，以易于阅读和减少错误发生。
状态机构建方法
状态机构建方法
状态机呢，就像是一个超级有规则的小世界。
咱先得确定状态。
这就好比你要给一群小动物分类，是猫是狗得先搞清楚。
你得明确有哪些不同的状态存在，比如说一个小灯，它就有亮和灭这两个状态。
这状态的确定可不能马虎，得把所有可能的情况都想到。
然后呢，就是状态之间的转换啦。
这就像是小动物们之间的变身魔法。
比如说，一个门有开着和关着的状态，那什么情况下门会从开着变成关着呢？可能是有人推了一下，或者是风吹的。
这个转换的条件要设定得特别清楚。
要是这个条件模模糊糊的，那状态机可就乱套啦。
就像你跟小伙伴玩游戏，游戏规则都不清楚，那还咋玩呀。
咱构建状态机的时候，还可以画个小图。
这图就像一幅小地图，把各个状态、转换条件还有动作都清清楚楚地标出来。
就像你去旅游，有个地图在手，就不会迷路啦。
这个图不用画得特别高大上，只要自己能看明白就行。
宝子们呀，构建状态机不是啥特别难的事儿，只要你细心一点，把每个环节都照顾到。
就像搭积木一样，一块一块稳稳地搭好，最后就能搭出一个超级棒的状态机啦。
而且呀，在这个过程中要是出了错也不怕，就像走路摔了一跤，拍拍土再起来接着干就好啦。
加油哦，宝子们，希望你们都能轻松构建出自己的状态机！。
Verilog算法及建模整理文档
有关verilog 算法及建模1 有关C、Veilog HDL、VHDL (1)1.1 C与Verilog (1)1.2 Verilog HDL与VHDL (3)2 有关Verilog 中的一些语法 (5)2.1 运算符 (5)2.2 Wire、reg、tri、memory型 (6)2.3 assign和always语句 (6)2.4 阻塞赋值和非阻塞赋值 (8)2.5 Verilog中使用的一些关键字 (9)2.6 其他 (13)3 有关Verilog建模 (15)3.1软核、固核、硬核 (15)3.2 模块设计流程 (15)3.3 门级结构 (16)3.4 基本逻辑运算 (16)3.5 控制逻辑 (16)3.6 同步和异步 (17)3.7 有限状态机 (18)3.8 综合的一般原则 (21)4 有关总线和时钟 (22)4.1 I2C 双向二线制串行总线协议 (22)4.2时钟发生器的形成（分频的另外一种实现方式） (22)1 有关C、Veilog HDL、VHDL1.1 C与VerilogC 语言配合Verilog HDL 来设计算法的硬件电路块时考虑的三个主要问题：为什么选择C 语言与Verilog HDL 配合使用？C 语言与Verilog HDL 的使用有何限制？如何利用C 来加速硬件的设计和故障检测？1) 为什么选择C 语言与Verilog 配合使用首先，C 语言很灵活，查错功能强，还可以通过PLI（编程语言接口）编写自己的系任务直接与硬件仿真器（如Verilog-XL）结合使用。
C 语言是目前世界上应用最为广泛的一种编程语言，因而C 程序的设计环境比Verilog HDL 的完整。
此外，C 语言可应用于许多领域，有可靠的编译环境，语法完备，缺陷较少。
比较起来，Verilog 语言只是针对硬件描述的，在别处使用（如用于算法表达等）并不方便。
而且Verilog 的仿真、综合、查错工具等大部分软件都是商业软件，与C 语言相比缺乏长期大量的使用，可靠性较差，亦有很多缺陷。
verilog 三段式状态机
Verilog状态机设计‐‐‐‐‐‐‐‐‐三段式状态机练习：设计一个串行数据检测器。
要求是：连续4个或4个以上的1时输出为1，其他输入情况下为0。
编写测试模块并给出仿真波形。
目的：学会状态机设计方法模块源码`timescale 1ps/1psmodule FSM (input iCLK,input iRST_N,input iA,output oMATCH);parameter S0 = 3'b000,S1 = 3'b001,S2 = 3'b010,S3 = 3'b011,S4 = 3'b100;reg [2:0] state, next_state;reg match, next_match;wire is_match_out;assign oMATCH = match;// sequential circuitalways@(posedge iCLK, negedge iRST_N) beginif (!iRST_N) beginstate <= S0;match <= 1'b0;endelse beginstate <= next_state;match <= next_match;endend// combinational circuit for state logicalways@(*) begin //*号不能改为posedge iCLK, negedge iRST_N next_state = S0;case (state)S0 : next_state = (iA==1) ? S1 : S0;S1 : next_state = (iA==1) ? S2 : S0;S2 : next_state = (iA==1) ? S3 : S0;S3 : next_state = (iA==1) ? S4 : S0;S4 : next_state = (iA==1) ? S4 : S0;endcaseend// combinational circuit for output logicassign is_match_out = (next_state == S4) ? 1 : 0;//注意点：如何next_state用state则输出会比现在延时1个周期。
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三段式写法 -回复
verilog三段式写法-回复Verilog是一种硬件描述语言（Hardware Description Language，HDL），用于硬件设计和验证。
它是一种具有结构化特点的编程语言，广泛应用于数字电路设计、芯片设计和系统级仿真。
在这篇文章中，我们将深入探讨Verilog的三段式写法，以及如何使用它进行硬件设计和验证。
一、Verilog的三段式写法简介Verilog的三段式写法是指使用三个不同的部分来描述硬件设计，即模块声明、端口声明和行为描述。
通过将硬件描述划分为这三个部分，可以使代码更加清晰、易读和易于维护。
1. 模块声明（Module Declaration）：模块声明是Verilog代码的第一部分，用于定义模块的名称和端口列表。
模块是硬件设计的基本单位，一个模块可以包含多个输入端口和输出端口，用于实现特定的功能。
2. 端口声明（Port Declaration）：端口声明是Verilog代码的第二部分，用于定义模块的输入和输出端口。
输入端口用于接收输入信号，输出端口用于产生输出信号。
端口声明中包含了端口的名称、方向（输入或输出）以及数据类型。
3. 行为描述（Behavioral Description）：行为描述是Verilog代码的第三部分，用于描述模块的行为、逻辑和功能。
行为描述可以使用组合逻辑和时序逻辑来实现各种硬件功能。
组合逻辑指的是基于输入信号产生输出信号的逻辑，而时序逻辑则表示基于时钟和状态的逻辑。
二、模块声明模块声明是Verilog代码的第一部分，用于定义模块的名称和端口列表。
模块声明的语法如下所示：module module_name (port_list);输入和输出信号的声明input [n:0] input_signal;output [m:0] output_signal;内部信号的声明wire [p:0] internal_signal;模块行为描述...endmodule在模块声明中，语句`module module_name(port_list);`定义了一个模块的名称和端口列表。
Verilog HDL 3
图3-2 值变化快于时延间隔
上面例子中的时延值只出现了一个，事实上这只 是一个“上升时延”，连续赋值语句中的时延可 以指定3类时延值：上升时延、下降时延和关闭时 延（值变为x的时延）。这是一种更加精细的时延 定义方式，其语法形式如下： assign # (rise, fall, turn-off ) LHS_target=RHS_expression; 其中rise是上升时延，fall是下降时延，turn-off是关 闭时延。
其具体含义可以根据下面的例子看出来： assign Bus = MemAddr [7:4]; // 没有定义时延， 则所有时延都是0 assign #4 Ask = Quiet || Late; // 只有1个时延 值，表示上升时延、下降时延和关闭时延都是4 assign # (4,8) Ask = Quick ; /* 有2个时延值， 表示上升时延是4，下降时延是8，关闭时延是 4和8之中的较小值，即4 */ assign # (4,8,6) Arb = & DataBus; // 有3个时延值， 表示上升时延是4，下降时延是8，关闭时延是6
3.2 顺序行为建模
顺序行为建模是Verilog HDL行为建模的主 要方法，也是Verilog HDL最能体现其高级 编程语言之处，如果学过其他高级变成语 言（如C语言），就会对本节介绍的诸如ifelse、for循环之类的语法结构非常熟悉。
此外，本节还将介绍过程赋值的特点和用 法。就像连续赋值用于数据流行为建模一 样，过程赋值用于顺序行为建模。
如下例： assign Mux = (S = = 0)? A : 'bz; assign Mux = (S = = 1)? B : 'bz; assign Mux = (S = = 2)? C : 'bz; assign Mux = (S = = 3)? D : 'bz;
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Verilog三段式状态机(FSM)网上收集整理……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。
这是为什么呢？设计FSM的方法和技巧多种多样，但是总结起来有两大类：第一种，将状态转移和状态的操作和判断等写到一个模块（process、block）中。
另一种是将状态转移单独写成一个模块，将状态的操作和判断等写到另一个模块中（在Verilog代码中，相当于使用两个“always”block）。
其中较好的方式是后者。
其原因如下。
首先FSM和其他设计一样，最好使用同步时序方式设计，好处不再累述。
而状态机实现后，状态转移是用寄存器实现的，是同步时序部分。
状态的转移条件的判断是通过组合逻辑判断实现的，之所以第二种比第一种编码方式合理，就在于第二种编码将同步时序和组合逻辑分别放到不同的程序块（process，block）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。
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。
示例如下：//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;elsecurrent_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beginnext_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...endcaseend//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)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。
endcaseend三段式并不是一定要写为3个always块，如果状态机更复杂，就不止3段了。
//注：================================================================1. 三段always模块中，第一个和第三个always模块是同步时序always模块，用非阻塞赋值(“<= ”)；第二个always模块是组合逻辑always模块，用阻塞赋值(“= ”)。
2. 第二部分为组合逻辑always模块，为了抑制warning信息，对于always的敏感列表建议采用always@（*）的方式。
3. 第二部分，组合逻辑always模块，里面判断条件一定要包含所有情况！可以用else保证包含完全。
4. 第二部分，组合逻辑电平要维持超过一个clock，仿真时注意。
5. 需要注意：第二部分case中的条件应该为当前态（current_state），第三部分case中的条件应该为次态(next_state)。
6. 编码原则，binary和gray-code适用于触发器资源较少，组合电路资源丰富的情况（CPLD），对于FPGA，适用one-hot code。
这样不但充分利用FPGA丰富的触发器资源，还因为只需比较一个bit，速度快，组合电路简单。
7. 初始化状态和默认状态。
一个完备的状态机（健壮性强）应该具备初始化状态和默认状态。
当芯片加电或者复位后，状态机应该能够自动将所有判断条件复位，并进入初始化状态。
需要注明的一点是，大多数FPGA有GSR（Global Set/Reset）信号，当FPGA加电后，GSR信号拉高，对所有的寄存器，RAM等单元复位/置位，这时配置于FPGA的逻辑并未生效，所以不能保证正确的进入初始化状态。
所以使用GSR企图进入FPGA的初始化状态，常常会产生种种不必一定的麻烦。
一般的方法是采用异步复位信号，当然也可以使用同步复位，但是要注意同步复位的逻辑设计。
解决这个问题的另一种方法是将默认的初始状态的编码设为全零，这样GSR复位后，状态机自动进入初始状态。
令一方面状态机也应该有一个默认（default）状态，当转移条件不满足，或者状态发生了突变时，要能保证逻辑不会陷入“死循环”。
这是对状态机健壮性的一个重要要求，也就是常说的要具备“自恢复”功能。
对应于编码就是对case，if－else语句要特别注意，要写完备的条件判断语句。
VHDL中，当使用CASE语句的时候，要使用“When Others”建立默认状态。
使用“IF...THEN...ELSE”语句的时候，要用在“ELSE”指定默认状态。
Verilog中，使用“case”语句的时候要用“default”建立默认状态，使用“if...else”语句的注意事项相似。
8. 另外提一个技巧：大多数综合器都支持Verilog编码状态机的完备状态属性－－“full case”。
这个属性用于指定将状态机综合成完备的状态，如Synplicity的综合工具（Synplify/Synplify Pro,Amplify，etc）支持的命令格式如下：case (current_state) // synthesis full_case2’b00 : next_state <= 2’b01;2’b01 : next_state <= 2’b11;2’b11 : next_state <= 2’b00;//这两段代码等效case (current_state)2’b00 : next_state <= 2’b01;2’b01 : next_state <= 2’b11;2’b11 : next_state <= 2’b00;default : next_state <= 2bx;9. Synplicity还有一个关于状态机的综合属性，叫“synthesis parallel_case”，其功能是检查所有的状态是“并行的”（parallel），也就是说在同一时间只有一个状态能够成立。
10.状态机的定义可以用parameter定义，但是不推荐使用`define宏定义的方式，因为`define 宏定义在编译时自动替换整个设计中所定义的宏，而parameter仅仅定义模块内部的参数，定义的参数不会与模块外的其他状态机混淆。
11.对于状态比较多的状态机，可以将所有状态分为几个大状态，然后再使用小状态，可以减少状态译码的时间。
12.在代码中添加综合器的综合约束属性或者在图形界面下设置综合约束属性可以比较方便的改变状态的编码。
如VHDL的示例：Synplicity:attribute syn_encoding : string;attribute syn_encoding of <signal_name> : type is "value ";-- The syn_encoding attribute has 4 values : sequential, onehot, gray and safe.Exemplar:-- Declare TYPE_ENCODING_STYLE. attribute-- Not needed if the exemplar_1164 package is usedtype encoding_style. is (BINARY, ONEHOT, GRAY, RANDOM, AUTO);attribute TYPE_ENCODING_STYLE. encoding_style;...attribute TYPE_ENCODING_STYLE. of <typename> : type is ONEHOT;Verilog示例：Synplicity:Reg[2:0] state; /* synthesis syn_encoding = "value" */;// The syn_encoding attribute has 4 values : sequential, onehot, gray and safe.Exemplar:Parameter /* exemplar enum <type_name> */ s0 = 0, s1 = 1, s2 = 2, s3 = 3, S4 = 4;Reg [2:0] /* exemplar enum <type_name> */ present_state, next_state ;13.小技巧：仔细检查综合器的综合报告，目前大多数的综合器对所综合出的latch都会报“warning”，通过综合报告可以较为方便地找出无意中生成的latch。
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