verilog 三段式状态机的技巧

三段式代码多，但是有时钟同步，延时少，组合逻辑跟时序逻辑分开并行出错少。

(1)同步状态转移 （2）当前状态判断接下来的状态 （3）动作输出

如果程序复杂可以不止三个always   。always 后常接case  case必须有default   ，对于FPGA常用  状态数较少，独热码编码 ，或者格雷码

//独热码编码

parameter NO_KEY_PRESSED = 6'b000_001; // 没有按键按下
parameter SCAN_row0 = 6'b000_010; // 扫描第0行
parameter SCAN_row1 = 6'b000_100; // 扫描第1行
parameter SCAN_row2 = 6'b001_000; // 扫描第2行
parameter SCAN_row3 = 6'b010_000; // 扫描第3行
parameter KEY_PRESSED = 6'b100_000; // 有按键按下

reg [5:0] current_state, next_state; // 现态、次态

（1）第一个always模块，格式化描述次态寄存器迁移到现态寄存器

always @ (posedge key_clk, negedge rst_n) //异步复位
if (!rst_n)
current_state <= NO_KEY_PRESSED;//初始化按键没按下 //默认状态
else
current_state <= next_state;    //注意，使用的是非阻塞赋值

（2）第二个进程，组合逻辑always模块，描述状态转移条件判断用current_state

always @ (current_state) //电平触发      或者always @ *

begin

next_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

...

endcase

end

 

(3)第三个进程，同步时序always模块，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。

endcase

end

 

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。

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）。

6. 第三部分case中的条件应该为次态(next_state)。

7. 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。