Verilog可综合有限状态机的4种写法
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。
Verilog 有限状态机设计 ppt课件
第八章 有限状态机设计
Verilog 有限状态机设计
MOORE状态机 MEALY状态机 有限状态机的几种描述方式 有限状态机的状态编码
8.1 有限状态机
构成
组合逻辑 状态译码、产生输出 时序逻辑 存储状态
分类
Moore 输出是现态的函数 Mealy 输出是现态和输入的函数
always @(state) /*该过程产生输出逻辑*/
begin case(state) S3: z=1'b1; default:z=1'b0;
endcase end endmodule
“101”序列检测器（单过程描述）
module fsm4_seq101(clk,clr,x,z); input clk,clr,x; output reg z; reg[1:0] state; parameter S0=2'b00, S1=2'b01, S2=2'b11, S3=2'b10;/*状态编码，采用格雷（Gray）编码方 式*/
parameter S0=2'b00,S1=2'b01,S2=2'b11,S3=2'b10;
/*状态编码，采用格雷（Gray）编码方式*/
always @(posedge clk or posedge clr) /*该过程定义当前状态*/
begin
if(clr) state<=S0; //异步复位，s0为起始状态
（1）用三个过程描述：即现态（CS）、次态（NS）、 输出逻辑（OL）各用一个always过程描述。
（2）双过程描述（CS+NS、OL双过程描述）：使用两 个always过程来描述有限状态机，一个过程描述现态和次 态时序逻辑（CS+NS）；另一个过程描述输出逻辑（OL）。
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 有限状态机设计(课堂PPT)
begin
case( state )
state0:
out = 3'b001;
state1:
out = 3'b010;
state2:
out = 3'b100;
state3:
out = 3'b111;
default:
out = 3'b001;
endcase
end
endmodule
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8.2 有限状态机的Verilog描述
begin if(clr) qout<=0;
//异步复位
else case(qout)
3'b000: qout<=3'b001;
3'b001: qout<=3'b010;
3'b010: qout<=3'b011;
3'b011: qout<=3'b100;
3'b100: qout<=3'b000;
default: qout<=3'b000; /*default语句*/
state2 = 2’b11, state3 = 2’b10; // 格雷码
always @( posedge clk or posedge clr ) begin
if( clr ) state <= state0; // 定义初态 state <= next_state; end
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always @( state or start or step2 or step3 ) // 状态转换
EDA技术与应用
第八章 有限状态机设计
1
verilog设计可综合的状态机的指导原则
else state <= nextstate;
end //-------------------------------------------------------
表示方法之三（续）
//------ 产生下一状态的组合逻辑 -------------------------
SEQUENCE: if (cnt = = 0 ) state <= LAUNCH; else state <= SEQUENCE;
LAUNCH: begin
state <= ON_MISSION;
launch_shuttle <= 1;
end
ON_MISSION: //取消使命前，一直留在使命状态
#22 rst = 0; //使复位信号有效
#133 rst = 1; //经过一个多周期后使复位信号无效
end
状态机的测试模块
always #50 clock = ~clock; //产生周期性的时钟 always @ (posedge clock) //在每次时钟正跳变沿时刻产生不同的a
begin #30 a = {$random}%2; // 每次a是 0还是1是随机的。 #(3*50+12); // a 的值维持一段时间
另外一个状态，否则留在原状态； 8. 验证状态转移的正确性，必须完整和全面。
Clock
K2
Reset
fsm
K1
A
信号说明，引脚 变量和常量
module fsm (Clock, Reset, A, K2, K1);
input Clock, Reset A; output K2, K1;
verilog中的可综合与不可综合语句
verilog中的可综合与不可综合语句
verilog中可综合语句：input，output，parameter，reg，wire，always，assign，
begin...end，case，for，posedge，negedge，or，and，default，if，function，generate，integer，while，repeat（while、repeat循环可综合时，要具有明确的循环表达式和循环条件，for可综合时也要有具体的循环范围），·define
不可综合语句：initial，fork...join，wait，time，display，forever。
保证Verilog HDL赋值语句的可综合性，在建模时应注意以下要点：（1）不能使⽤initial，initial⼀般使⽤在测试程序，做初始化。
（2）不建议使⽤延时，#1，这种只是模拟数字电路中因为布线产⽣的信号延时，不可综合，但也不会报错。
（3）不能使⽤循环次数不确定的函数，但forever在综合设计中禁⽌使⽤，只能使⽤在仿真测试程序中。
（4）尽量使⽤同步电路设计⽅式。
（5）除⾮关键电路设计，⼀般不建议调⽤门级元件进⾏设计，⼀般使⽤⾏为级进⾏设计。
（6）当使⽤always进⾏组合逻辑设计时，敏感列表⾥⾯的要列出所有输⼊信号。
（7）在进⾏时序电路进⾏编写时，采样⾮阻塞赋值。
组合逻辑设计时，采样阻塞赋值，但是不能在同⼀个always语句⾥两种混合使⽤。
（8）为避免产⽣锁存器，if，case要进⾏完整的语句赋值，且case语句中避免使⽤X值,Z值。
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。
verilog之可综合与不可综合
verilog之可综合与不可综合可综合的意思是说所编写的代码可以对应成详细的，不行综合就是所写代码没有对应的电路结构，例如行为级语法就是一种不行综合的代码，通常用于写测试文件。
建立可综合模型时，需注重以下几点：不用法initial不用法10之类的延时语句不用法循环次数不确定的循环语句，如forever，while等不用法用户自定义原语(UDP元件)尽量用法同步方式设计电路用always块来描述组合规律时，应列出全部输入信号作为敏感信号列表，即always@(*)全部的内部寄存器都应当能够被复位，在用法实现设计时，尽量用法器件的全局复位端作为系统的总复位对时序规律描述和建模，尽量用法非堵塞赋值的方式，对组合规律描述和建模，虽然堵塞和非堵塞赋值的方式都可以，但在同一过程快中最好不要同时用法堵塞赋值和非堵塞赋值。
我个人比较推举用堵塞赋值的方式描述组合规律不能在多个always块中对同一个变量举行赋值。
对同一个对象不能既用法非堵塞赋值，又用法堵塞赋值假如不决定让变量生成锁存器，那么必需在用法if语句或case语句时补全全部条件不行综合语句：initial 初始化语句，只能在testbench中用法，不行综合event event在同步testbench时更实用，不能综合real 不支持real数据类型的综合time 不支持time数据类型的综合assign 和 deassign 不支持对reg数据类型赋值的综合，但支持wire类型赋值的综合以开始的延时语句不能被综合verilog是一种硬件描述语言，我们在写verilog 代码时，首先要有所要写的module在硬件上如何实现的概念，而不是去想编译器如何说明这个module。
比如在打算是否用法 reg 定义时，要问问自己物理上是不是真正存在这个 register, 假如是，它的clock 是什么? D 端是什么?Q 端是什么?有没有清零和置位?同步还是异步?再比如上面研究的三态输出问题，首先想到的应当是在 register 的输出后面加一个三态门，而不是如何才干让编译器知道要“赋值”给一个信号为三态。
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Verilog可综合有限状态机的4种写法第一种：自然编码1.module fsm1(2.input i_clk,3.input rst_n,4.input A,5.output reg K1,6.output reg K2,7.output reg [1:0] state8.);[/color][/font]9.[font=Times New Roman][color=#000000]parameter Idle=2'b00,10. Start=2'b01,11. Stop=2'b10,12. Clear=2'b11;[/color][/font]13.[font=Times NewRoman][color=#000000][email=always@(posedge]always@(posedge[/email]i_clk)14.if(!rst_n)15.begin16. state<=Idle;17. K2<=0;18. K1<=0;19.end20.else21.case(state)22. Idle:if(A)23. begin24. state<=Start;25. K1<=0;26. end28. begin29. state<=Idle;30. K2<=0;31. K1<=0;32. end33. Start:if(!A)34. state<=Stop;35. else36. state<=Start;37. Stop:if(A)38. begin39. state<=Clear;40. K2<=1;41. end42. else43. begin44. state<=Stop;45. K2<=0;46. K1<=0;47. end48. Clear:if(!A)49. begin50. state<=Idle;51. K1<=1;52. K2<=0;53. end54. else55. begin56. state<=Clear;57. K2<=0;58. K1<=1;60. default:61. state<=Idle;62. endcase63.endmodule第二种：采用独热编码，据说其可靠性和速度都不错1.module fsm2(2.input i_clk,3.input rst_n,4.input A,5.output reg K1,6.output reg K2,7.output reg [3:0] state8.);9.10.parameter Idle=4'b1000;11.parameter Start=4'b0100;12.parameter Stop=4'b0010;13.parameter Clear=4'b0001;14.15.always@(posedge i_clk)16.begin17. if(!rst_n)18. begin19. state<=Idle;20. K2<=0;21. K1<=0;22. end23. else24. case(state)25. Idle:if(A)26. begin28. K1<=0;29. end30. else31. begin32. state<=Idle;33. K2<=0;34. K1<=0;35. end36. Start:if(!A)37. state<=Stop;38. else39. state<=Start;40. Stop:if(A)41. begin42. state<=Clear;43. K2<=1;44. end45. else46. begin47. state<=Stop;48. K1<=0;49. K2<=0;50. end51. Clear:if(!A)52. begin53. state<=Idle;54. K2<=0;55. K1<=1;56. end57. else58. begin60. K2<=0;61. K1<=0;62. end63. default:state<=Idle;64.endcase65.end66.endmodule第三种：把输出直接指定为状态码，即把状态码的指定和状态机的输出联系起来，状态的变化直接用做输出据说可以提高输出信号的开关速度并节省电路资源（希望了解其机理的高手们能够解说下时怎样提高开关速度的？）1.module fsm3(2.input i_clk,3.input rst_n,4.input A,5.output K1,6.output K2,7.output reg [4:0] state8.);9.10.11.assign K2=state[4];12.assign K1=state[0];13.14.parameter Idle =5'b00000;15.parameter Start =5'b00010;16.parameter Stop =5'b00100;17.parameter StopToClear =5'b11000;18.parameter Clear =5'b01010;19.parameter ClearToIdle =5'b00111;20.21.always@(posedge i_clk)22.if(!rst_n)23.begin24. state<=Idle;25.end26.else27.case(state)28. Idle:if(A)29. state<=Start;30. else31. state<=Idle;32. Start:if(!A)33. state<=Stop;34. else35. state<=Start;36. Stop:if(A)37. state<=StopToClear;38. else39. state<=Stop;40. StopToClear:state<=Clear;41. Clear:if(!A)42. state<=ClearToIdle;43. else44. state<=Clear;45. ClearToIdle:state<=Idle;46. default:state<=Idle;47.endcase48.endmodule第四：把状态的变化和输出开关的控制分成两部分考虑1.module fsm4(2.input i_clk,3.input rst_n,4.input A,5.output reg K1,6.output reg K2,7.output reg[1:0] state8.);9.10.11.//reg [1:0] state;12.reg [1:0] nextstate;13.parameter Idle=2'b00,14. Start=2'b01,15. Stop=2'b10,16. Clear=2'b11;17.always@(posedge i_clk)18.if(!rst_n)19. state<=Idle;20.else21. state<=nextstate;22.23.always@(state or A)24. case(state)25. Idle:if(A)26. nextstate=Start;27. else28. nextstate=Idle;29. Start:if(!A)30. nextstate=Stop;31. else32. nextstate=Start;33. Stop:if(A)34. nextstate=Clear;35. else36. nextstate=Stop;37. Clear:if(!A)38. nextstate=Idle;39. else40. nextstate=Clear;41. default:nextstate=2'bxx;42. endcase43.always@(state or rst_n or A)44.if(!rst_n)45. K1<=0;46.else47. if(state==Clear&&!A)48. K1<=1;49. else50. K1<=0;51.52.always@(state or rst_n or A)53.if(!rst_n)54. K2<=0;55.else56. if(state==Stop&&A)57. K2<=1;58. else59. K2<=0;60.endmodule。