一、狀態(tài)機(jī)的概述

有限狀態(tài)機(jī)，簡(jiǎn)稱狀態(tài)機(jī)，通俗的說(shuō)，就是把全部的情況分成幾個(gè)場(chǎng)景，這些場(chǎng)景的工作方式明顯不同。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是如下所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

二、狀態(tài)機(jī)的結(jié)構(gòu)

1、狀態(tài)寄存器：記憶當(dāng)前狀態(tài)機(jī)所處的狀態(tài)

2、產(chǎn)生下一狀態(tài)的組合邏輯：根據(jù)輸入信號(hào)和當(dāng)前狀態(tài)，決定下一個(gè)狀態(tài)

3、輸出邏輯：由當(dāng)前狀態(tài)和輸入信號(hào)，決定當(dāng)前狀態(tài)的輸出

三、好的狀態(tài)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)

四、三段式、四段式狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法

常見狀態(tài)機(jī)分為一段，二段，三段，推薦使用三段（包含當(dāng)前狀態(tài)，下一狀態(tài)，和輸出，后續(xù)分析后推薦四段式）

1、第一個(gè)進(jìn)程，同步時(shí)序always模塊，格式化描述次態(tài)寄存器遷移到現(xiàn)態(tài)寄存器，即描述狀態(tài)轉(zhuǎn)移

2、第二個(gè)進(jìn)程，組合邏輯always模塊，描述判斷狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件，描述狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)律

3、第三個(gè)進(jìn)程，同步時(shí)序always模塊，格式化描述次態(tài)寄存器輸出，其它always（個(gè)數(shù)與輸出信號(hào)個(gè)數(shù)有關(guān)）使用同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)每一個(gè)狀態(tài)的輸出

4、代碼設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：

1）三段always中，第一，三個(gè)always是同步時(shí)序，采用非阻塞賦值，第二個(gè)always是組合邏輯，采用阻塞賦值

2）第二個(gè)是組合邏輯always塊，命案列表采用always@(*)，組合邏輯條件一定要完備

3）第二個(gè)組合邏輯always塊里的判斷條件需包含所有情況

4）第二部分case中的條件應(yīng)為當(dāng)前態(tài)

5）三段式不是三個(gè)always，而是三步的意思，與輸出信號(hào)個(gè)數(shù)有關(guān)

6）三段式的好處，即可用state_c作為條件，也可用state_n作為條件。用state_c作為條件，會(huì)比state_n做條件晚一個(gè)時(shí)鐘周期

5、進(jìn)一步總結(jié)，歸納，提出使用四段式狀態(tài)機(jī)（每次只考慮一件事），四段不是四個(gè)always，而是四個(gè)部分內(nèi)容

1）第一段：與三段式第一段相同，同步時(shí)序的always模塊，格式化描述次態(tài)遷移到現(xiàn)態(tài)寄存器

2）第二段：組合邏輯的always塊，描述狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件

注：第二段里只需要判斷信號(hào)名即可，名字規(guī)范2-->to，如下所示什么到什么的條件，else條件下應(yīng)為state_n = state_c; 如果是state_n = state_n，那和if-else條件沒(méi)補(bǔ)全一樣（相當(dāng)于沒(méi)寫else begin，組合邏輯需要補(bǔ)全條件）

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3）第三段，定義狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件

4）第四段，設(shè)計(jì)輸出，此處可以規(guī)定一個(gè)always設(shè)計(jì)一個(gè)信號(hào)，因此有多少個(gè)輸出信號(hào)，就有多少個(gè)always，如果沒(méi)有輸出就沒(méi)有第四段

五、狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范

1、四段式狀態(tài)機(jī)

2、第二段轉(zhuǎn)移條件

1）判斷條件用信號(hào)名表示，不需要去做判斷，判斷是在第三段的時(shí)候去做，符合之前所說(shuō)的一次只做一件事的要求，也不需要來(lái)回修改信號(hào)名。只需要在第三段修改判斷條件即可

3、狀態(tài)不變處理

第二段使用state_n = state_c表示狀態(tài)不變

1）避免拷貝時(shí)出錯(cuò)

2）避免組合邏輯沒(méi)補(bǔ)齊情況，要有唯一結(jié)果輸出

3）避免寫出state_n = state_n，本質(zhì)上還是保持不變，與第二點(diǎn)沒(méi)補(bǔ)齊一樣，會(huì)生成鎖存器

4、轉(zhuǎn)移條件命名

狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件，用assign的形式寫成XX2XX_start的形式，前面XX為當(dāng)前狀態(tài)，后面XX為下一狀態(tài)。如idle2read_start，idle2write_start，方便檢查溝通

5、轉(zhuǎn)移條件定義

狀態(tài)轉(zhuǎn)移的一般格式為

assign xx2yy_start = state_c ==XXXX?&&?zzzz;

XXXX現(xiàn)在狀態(tài)，zzzz跳轉(zhuǎn)條件

五、狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1、IDLE只是名字，并不是必須的，不需要專門為復(fù)位設(shè)置一個(gè)狀態(tài)

2、狀態(tài)機(jī)的劃分依據(jù)，依據(jù)是劃分的狀態(tài)方便產(chǎn)生輸出信號(hào)

3、狀態(tài)對(duì)齊的對(duì)象，狀態(tài)機(jī)與din(輸入信號(hào))對(duì)齊，來(lái)產(chǎn)生dout(輸出)，即din-->狀態(tài)機(jī)-->dout流程

4、狀態(tài)機(jī)架構(gòu)八步法（需要用計(jì)數(shù)器）

1）明確功能

2）輸出分析

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3）狀態(tài)合并

4）狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件

5）轉(zhuǎn)移條件

6）完整性檢查

7）狀態(tài)機(jī)代碼（四段式）

8）功能代碼

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編輯：黃飛

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