Verilog状态机3 段式（推荐）2段式

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我是靠谱客的博主无私发带，这篇文章主要介绍Verilog状态机3 段式（推荐）2段式，现在分享给大家，希望可以做个参考。

之前学Verilog都是从计组的课程设计胡乱自学，纯属散装Verilog，也没有接触过状态机的概念

先看了下夏宇闻《Verilog数字系统设计教程》中第12、13章与状态机相关的内容总结了下：夏宇闻《Verilog数字系统设计教程》第12章同步状态机的原理、结构和设计和夏宇闻《Verilog数字系统设计教程》第13章设计可综合的状态机的指导原则，但感觉没有讲很全

再看了些网上的一些教程博客和案例，主要参考 Verilog 状态机和状态机的Verilog写法两篇博客，个人总结出写状态机的一般格式

3 段式（推荐）

以HDLBits中Simple FSM1 (asynchronous reset) 为例
在这里插入图片描述

（0）根据状态机的个数确定状态机编码。利用编码给状态寄存器赋值，代码可读性更好。Verilog数字系统教程书中对基于FPGA的状态机，推荐使用独热编码。

（1）状态机第一段，时序逻辑，非阻塞赋值，传递寄存器的状态。

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// This is a sequential always block
always @(posedge clk, posedge areset) begin
	// State flip-flops with asynchronous reset
	if(areset) begin
		state <= B;
   	end
   	else begin
       state <= next_state;
   end
end

（2）状态机第二段，组合逻辑，阻塞赋值，根据当前状态和当前输入，确定下一个状态机的状态。

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// This is a combinational always block
always @(*) begin
	// State transition logic
	case(state)
		A: begin
			if(in == 1'b1) begin
				next_state = A;
			end
            else begin
                next_state = B;
            end
       	end
		B: begin
            if(in == 1'b1) begin
                next_state = B;
            end
            else begin
                next_state = A;
            end
        end
    endcase
 end

（3）状态机第三段，时序逻辑，非阻塞赋值，如果是 Mealy 型状态机，根据当前状态和当前输入，确定输出信号；如果是 Moore 型状态机，根据当前状态确定输出信号。

输出的这一段，看各博客教程一般都是时序逻辑、对当前状态、非阻塞赋值，但也有部分博客是对下一状态判断。
对于该题，提示使用（1）assign out = (state == …); 组合逻辑，方便且正确；
（2）换成电平敏感的 always 块对当前状态 state 阻塞赋值，判断也正确；
（3）换成边沿敏感的 always 块（时序逻辑）对下一状态 next_state 非阻塞赋值，判断也正确。

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// Output logic
// -----------------------------------------
// （1） 用 assign 连续赋值 组合逻辑的写法
assign out = (state == B);
// -----------------------------------------
// （2）用电平敏感的 always 块 组合逻辑的写法，判断的是当前state
always @(*) begin
    if(areset) begin
        out = 1'b1;
    end
    else begin
        if(state == B) begin
            out = 1'b1;
        end
        else begin
            out = 1'b0;
        end
    end
end
// -----------------------------------------
// （3）时序逻辑的写法，注意判断的是next_state，用当前state会比答案结果慢一周期
always @(posedge clk, posedge areset) begin
    if(areset) begin
        out <= 1'b1;
    end
    else begin
        if(next_state == B) begin
            out <= 1'b1;
        end
        else begin
            out <= 1'b0;
        end
    end
end

Moore 型输出信号与 Mealy 型 3 段式状态机相比延迟了一个时钟周期，这是因为进入到新增加的编码状态机时需要一个时钟周期的时延。此时，输出再用非阻塞赋值就会导致最终的输出信号延迟一个时钟周期。这也属于 Moore 型状态机的特点。
输出信号赋值时，用阻塞赋值，则可以提前一个时钟周期。 但在该题的第（3）种写法中，对当前状态 state 使用阻塞赋值和使用非阻塞赋值的结果一样，都比答案慢一周期，不理解是不是背后eda的原因？

参考Verilog状态机用法精讲案例总结状态机三段式的规范写法注意事项
在这里插入图片描述