Verilog状态机的写法
verilog 状态机 最佳写法
verilog 状态机最佳写法Verilog编程语言广泛应用于数字电路设计中，特别是在嵌入式系统和硬件描述语言中。
状态机是一种常用的设计模式，可以帮助我们描述复杂的行为和控制逻辑。
本文将介绍如何使用Verilog编写状态机，并提供一些最佳实践。
第一部分：Verilog简介Verilog是一种硬件描述语言，最初由美国自动化控制协会（ACM）开发。
它是一种用于描述、仿真和生成数字电路的高级编程语言。
Verilog提供了描述硬件的能力，使我们能够在逻辑级别上描述电路的行为。
第二部分：状态机简介状态机是一种抽象的数学模型，用于描述系统或程序的行为。
它由一组状态、输入和输出组成，并在不同状态之间进行转换。
状态机可以用于描述任何连续或离散的系统，包括硬件和软件。
第三部分：状态机的设计方法在Verilog中，我们可以使用参数化模块和状态寄存器来描述状态机。
参数化模块可以接受输入和输出，根据当前状态和输入转换到下一个状态，并产生相应的输出。
下面是一个简单的例子：```module fsm #(parameter N=3) (input logic clk, reset, input logic [N-1:0] input, output [N-1:0] output);typedef enum logic [1:0] {S0, S1, S2} state_t;state_t state, next_state;always_ff @(posedge clk or posedge reset) begin if (reset) beginstate <= S0;end else beginstate <= next_state;endendalways_comb begincase (state)S0: begin// State S0 behavioroutput = input;next_state = S1;endS1: begin// State S1 behavioroutput = ~input;next_state = S2;endS2: begin// State S2 behavioroutput = 2'b11;next_state = S0;enddefault: begin// Default behavioroutput = 2'b00;next_state = S0;endendcaseendendmodule```在这个例子中，我们定义了一个状态机模块，它有一个时钟信号、一个复位信号、一个输入信号和一个输出信号。
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。
利用veriloghdl设计状态机
利用V e r i l o g H D L设计状态机(共4页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--利用Verilog HDL设计状态机1.设计要求利用Verilog HDL设计一个电路，对输入的一串二进制数，用于检测序列中连续3个或者3个以上的1，状态转换如图所示：2.设计步骤第一步：安装Quartus II软件并破解第二步：根据设计要求编写程序代码第三步：生成仿真电路图和波形如图3.程序代码module moore(clk,din,op);input clk,din;output op;reg[1:0] current_state,next_state;reg op;parameter S0=2'b00,S1=2'b01,S2=2'b10,S3=2'b11;always@(posedge clk)begincurrent_state<=next_state; endalways@(current_state or din) begincase(current_state)S0:beginop=0;if(din==0)next_state=S0;elsenext_state=S1; endS1:beginop=0;if(din==0)next_state=S0;elsenext_state=S2; endS2:beginop=0;if(din==0)next_state=S0;elsenext_state=S3; endS3:beginop=1;if(din==0)next_state=S0;elsenext_state=S3; enddefault:beginop=0;next_state=S0;endendcaseendendmodule4.仿真电路图和波形图电路图如下图：图一电路原理图图二转换关系图波形图如下图：波形图5.实验结论与心得体会实验结果：由仿真波形可以看出，利用该状态机，可以实现输入一串二进制数然后检测序列中连续3个或者3个以上的1，实现上面转换图要求的功能，符合实验要求。
verilog奇偶分频、一段式、两段式、三段式状态机
汇报总结1、偶数分频偶数倍分频相对简单，可以通过计数器对预分频的脉冲沿计数实现，如果要进行N倍（N为整数）偶数分频，可由预分频的时钟触发计数器计数，当计数器从0计数到N/2—1时，输出时钟进行翻转，并给计数器一个复位信号，使得下一个时钟从零开始计数，以此循环下去。
分频的主体程序如下：`define div_en 8module freq_div_even(clk_in,reset,clk_out);input clk_in;input reset;output clk_out;reg clk_out;reg[2:0] count;initialbegincount=0;clk_out=0;endalways@(posedge clk_in)beginif(!reset)begincount<=0;clk_out<=0;endelseif(count==(`div_en/2-1))beginclk_out<=~clk_out;count<=0;endelsebegincount<=count+1;endendendmodule下面定义N为8,对一个脉冲8分频,测试程序如下:`timescale 1ns/1nsmodule testbench;reg reset;reg clk_in;reg[2:0] count;wire clk_out;freq_div_even test(.clk_in(clk_in),.reset(reset),.clk_out(clk_out));initialbeginreset=0;clk_in=0;#5 reset=1;endalways #10 clk_in=~clk_in;endmodule波形图如下:2、奇数分频对于对占空比没有特殊要求的奇数分频，需要对上升沿和下降沿脉冲进行计数，利用下降沿产生的波形移相半个输入脉冲的作用，最后用错位“异或”法实现。
verilog 状态机定义 -回复
verilog 状态机定义-回复如何在Verilog中定义状态机。
在Verilog中，状态机（State Machine）是一种用于建模和描述电子系统中各种状态转换的行为模型。
它可以用于设计和实现各种数字电路和系统，从简单的计数器到复杂的通信协议都可以通过状态机来实现。
本文将详细介绍如何在Verilog中定义状态机，包括状态和状态转换的表示方式，以及如何实现状态转换和输出的逻辑。
第一步：定义状态状态是状态机中的核心概念，它描述了系统的各种工作状态。
在Verilog 中，我们可以使用参数或宏定义来表示状态。
例如，假设我们有一个简单的状态机，它有三种状态：A、B和C。
我们可以使用宏定义来定义这些状态：` 定义状态`define STATE_A 1`define STATE_B 2`define STATE_C 3上述代码中，我们使用宏定义为每个状态分配了一个唯一的标识符。
这样，在后续的代码中我们可以直接使用这些标识符来表示状态。
第二步：定义状态转换状态转换是状态机中状态之间的转换关系。
它描述了由哪个状态转换到哪个状态，以及在何种条件下进行转换。
在Verilog中，我们可以使用组合逻辑或时序逻辑来定义状态转换。
对于组合逻辑，我们可以使用always_comb块或assign语句来定义状态转换。
例如，假设状态A可以转换到状态B或状态C，转换条件是某个输入信号x等于1。
我们可以使用always_comb块来表示这个转换：always_comb begincase (currentState)`STATE_A: nextState = (x == 1) ? `STATE_B : `STATE_C;`STATE_B: nextState = ...`STATE_C: nextState = ...endcaseend上述代码中，我们使用一个case语句来根据当前状态和输入信号x的值确定下一个状态。
当状态为A时，如果x等于1，下一个状态为B，否则为C。
fpga 有限状态机例子
fpga 有限状态机例子有限状态机（Finite State Machine，FSM）是一种常见的设计模式，用于描述和实现具有有限数量状态的对象的行为。
在硬件设计中，有限状态机常常用于描述数字逻辑电路的行为。
以下是一个使用Verilog语言编写的简单有限状态机的例子：verilog复制代码module counter(input clk, reset, output reg [3:0] count);// 定义状态机的状态parameter IDLE = 4'b0000; // 初始状态parameter COUNTER = 4'b0001; // 计数状态// 状态机的当前状态reg [3:0] current_state;// 状态转移逻辑always @(posedge clk or posedge reset) begin if (reset) begincurrent_state <= IDLE; // 如果reset信号为高，则进入IDLE状态end else begincase (current_state)IDLE: beginif (count == 4'b1000) current_state <= COUNTE R; // 如果计数达到8，则进入COUNTER状态endCOUNTER: begincurrent_state <= IDLE; // 在COUNTER状态下，计数完成后回到IDLE状态enddefault: begincurrent_state <= IDLE; // 如果状态机处于未知状态，则强制回到IDLE状态endendcaseendend// 计数逻辑always @(posedge clk) beginif (current_state == COUNTER) count <= count + 1; // 在COUNTER状态下，计数器递增endendmodule在这个例子中，我们定义了一个简单的4位计数器。
有限状态机的verilog例子
有限状态机的verilog例子有限状态机（Finite State Machine, FSM）是数字电路设计中的一种基本构件，它可以用来实现各种复杂的控制逻辑。
在Verilog中，可以用模块（module）来描述一个有限状态机，使用参数（parameters）来定义状态数量和状态转移逻辑。
以下是一个简单的有限状态机的Verilog例子，该FSM有3个状态（S0, S1, S2）和两个输入（clk, rst_n）以及一个输出（next_state, out）：```verilogmodule fsm(input wire clk, // 时钟信号input wire rst_n, // 低电平复位信号input wire [1:0] in, // 输入信号，这里位宽为2，可以扩展output reg next_state, // 下一状态输出output reg out // 输出信号);// 状态参数parameter S0 = 2'b00;parameter S1 = 2'b01;parameter S2 = 2'b10;// 状态寄存器reg [1:0] state;// 状态转移逻辑always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif (!rst_n) begin// 当处于复位状态时，状态寄存器和输出都初始化为0state <= S0;out <= 1'b0;end else begin// 根据当前状态和输入信号，更新下一状态和输出case (state)S0: beginnext_state <= S1;out <= 1'b1;endS1: beginnext_state <= S2;out <= 1'b0;endS2: beginnext_state <= S0;out <= 1'b1;enddefault: beginnext_state <= S0;out <= 1'b0;endendcaseendendendmodule```在这个例子中：- `clk` 是时钟信号。
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。
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Verilog状态机的写法－转
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。