基于FPGA的三段式状态机

状态机分类：

通常， 状态机的状态数量有限， 称为有限状态机（FSM） 。由于状态机所有触发器的时钟由同一脉冲边沿触发， 故也称之为同步状态机。 根据状态机的输出信号是否与电路的输入有关分为 Mealy 型状态机和 Moore 型状态机。

Mealy 型状态机：

电路的输出信号不仅与电路当前状态有关， 还与电路的输入有关。

Moore 型状态机：

   电路的输出仅仅与各触发器的状态， 不受电路输入信号影响或无输入。

三段式状态机的一般结构：

  1）利用参数定义语句 parameter 描述状态机各个状态名称， 即状态编码。一般采用独热码。

2）用时序always模块，格式化描述次态寄存器(下一个状态的寄存器)迁移到现态寄存器。

  3）用组合逻辑always模块，描述状态转移条件判断或者状态转移规律。

  4）同步时序always模块，格式化描述各个状态的输出。

实现代码：

module test(
    input clk,
    input rst_n,
    output reg out
  );

  //reg define
  reg q;

  //第一步，状态声明和状态编码
  reg [:] current_state;
  reg [:] next_state;
  parameter [:] S0='b0000;
  parameter [:] S1='b0010;
  parameter [:] S2='b0100;
  parameter [:] S3='b1000;

  //第二部，时序逻辑： 描述状态转换,格式固定
  always@(posedge clk)
  begin
    if(!rst_n)
      current_state <= ;
    else
      current_state <= next_state;
  end

  //第三部，组合逻辑： 描述状态转移条件，即只考虑状态之间的跳转，也就是说各个状态机之间跳转关系。
 always @ (current_state or .... ) //电平触发，
   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)
             S0: if(...)
                   next_state = S1; //阻塞赋值
                 else
                   ......
             S1: if(...)
                   next_state = S2; //阻塞赋值
                  else
                   ......
           .
           .
           .
        default : .....
        endcase
   end

  //第四部，用时序always块输出逻辑： 让输出 out， 经过寄存器 q 锁存后输出， 消除毛刺
  always@(posedge clk)
  begin
    if(!rst_n)
      out<='b0;
    else
      begin
        case(current_state)
          S0:
            out<='b0;
          S1:
            out<='b1;
            .
            .
            .
          default : ....
           endcase
      end
  end
assign q = ou;    //让输出 out， 经过寄存器 q 锁存后输出， 消除毛刺
endmodule