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两段式状态机描述方法 (2010-09-17 16:04:06) 转载 1?状态机描述方法 状态机描述时关键是要描述清楚几个状态机的要素，即如何进行状态转移，每个状态的输出是什么，状态转移的条件等。具体描述时方法各种各样，最常见的有三种描述方式： 1、一段式：整个状态机写到一个always模块里面，在该模块中既描述状态转移，又描述状态的输入和输出； 2、二段式：用两个always模块来描述状态机，其中一个always模块采用同步时序描述状态转移；另一个模块采用组合逻辑判断状态转移条件，描述状态转移规律以及输出； 3、三段式：在两个always模块描述方法基础上，使用三个always模块，一个always模块采用同步时序描述状态转移，一个always采用组合逻辑判断状态转移条件，描述状态转移规律，另一个always模块描述状态输出(可以用组合电路输出，也可以时序电路输出)。 一般而言,推荐的FSM 描述方法是后两种。这是因为：FSM和其他设计一样，最好使用同步时序方式设计，以提高设计的稳定性，消除毛刺。状态机实现后，一般来说，状态转移部分是同步时序电路而状态的转移条件的判断是组合逻辑。 第二种描述方法同第一种描述方法相比，将同步时序和组合逻辑分别放到不同的always模块中实现，这样做的好处不仅仅是便于阅读、理解、维护，更重要的是利于综合器优化代码，利于用户添加合适的时序约束条件，利于布局布线器实现设计。在第二种方式的描述中，描述当前状态的输出用组合逻辑实现，组合逻辑很容易产生毛刺，而且不利于约束，不利于综合器和布局布线器实现高性能的设计。 第三种描述方式与第二种相比，关键在于根据状态转移规律，在上一状态根据输入条件判断出当前状态的输出，从而在不插入额外时钟节拍的前提下，实现了寄存器输出。 2实例 为了使FSM 描述清晰简介，易于维护，易于附加时序约束，使综合器和布局布线器更好的优化设计，推荐使用两段式FSM 描述方法。 本例的两段式描述代码如下： //2-paragraph method to describe FSM //Describe sequential state transition in 1 sequential always block //State transition conditions in the other combinational always block //Package state output by task. Then register the output module state2 ( nrst,clk, i1,i2, o1,o2, err ); input nrst,clk; input i1,i2; output o1,o2,err; reg o1,o2,err; reg [2:0] NS,CS; parameter [2:0] //one hot with zero idle ??? IDLE = 3b000, ??? S1 = 3’b001, ??? S2 = 3’b010, ??? ERROR = 3’b100; //sequential state transition always @ (posedge clk or negedge nrst) ??? if (!nrst) ??? ??? CS = IDLE; ??? else ??? ??? CS =NS; //combinational condition judgment always @ (CS or i1 or i2) begin NS = 3bx; ERROR_out; case (CS) ??? IDLE: begin ??? ??? IDLE_out; ??? ??? if (~i1) NS = IDLE; ??? ??? if (i1 i2) NS = S1; ??? ??? if (i1 ~i2) NS = ERROR; ??? ??? end ??? S1: begin ??? ??? S1_out; ??? ??? if (~i2) NS = S1; ??? ??? if (i2 i1) NS = S2; ??? ??? if (i2 (~i1)) NS = ERROR; ??? ??? end ??? S2: begin ??? ??? S2_out; ??? ??? if (i2) NS = S2; ??? ??? if (~i2 i1) NS = IDLE; ??? ??? if (~i2 (~i1)) NS = ERROR; ??? ??? end ??? ERROR: begin ??? ??? ERROR_out; ??? ??? if (i1) NS = ERRO