verilog状态机的三种写法

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1,单always块结构(一段式):
always @(posedge clk ) begin
case(FSM)
st0;begin
out0;//输出
if(case0) FSM<=st1;//状态转移
end
st1;begin
out1;//输出
if(case0) FSM<=st2;//状态转移
end
……
default:
endcase
end
单always块把组合逻辑和时序逻辑放在一个时序always块描述。输出时为寄存器输出,所以无毛刺。但是这种方式会产生多余的触发器(因为把组合逻辑也放在时序逻辑中实现),而且代码难以修改调试。但对于那些简单的状态机,一段式还是不错的,因为它把输入,转移,输出一起体现,更方便理解。但是对于复杂状态机就是灾难了,所以最好还是养成不使用该结构的习惯。
 
双always块结构(两段式):
//时序逻辑,这段一般是不变的,描述从现态转移到次态
always @ (posedge clk) begin
current_state<=next_state;
end
 
//组合逻辑,包括转移条件以及状态内容(即输出)
always @ (*) begin
case(current_state)
st0:begin
out0;
if(case0) FSM=st1; //组合逻辑使用阻塞语句
end
st1:begin
out1;
if(case1) FSM=st2;
end
……
endcase
end
二段式中,一个always块采用同步时序描述状态转移;另一个采用组合逻辑判断转移条件,以及描述输出。二段式便于阅读,理解和维护,有利于综合器优化代码。但是由于采用的是组合逻辑输出,容易产生毛刺,且不利于约束,也不利于综合器和布局布线器实现高性能设计。
 
三always块结构(三段式):
 
//第一个always块,时序逻辑,描述现态转移到次态
always @ (posedge clk negedge rst_n) begin
if(!rst_n)  current_state<=IDLE;
else      current_state<=next_state;
end
 
//第二个always块,组合逻辑,描述状态转移的条件
always @ (current_state) begin
case(current_state)
s1:if(……) next_state=s2;//组合逻辑,采用阻塞赋值
……
endcase
end
 
//第三个always块,时序逻辑,描述输出
always @ (posedge clk negedge rst_n) begin
case(next_state) //这里有的是next_state,有的是current_state,需根据电路要求
s1: out1<=……;
s2: out2<=……;
default:……
endcase
end
三段式结构中,2个时序always块分别用来描述现态逻辑转移,及输出赋值。组合always块用于描述状态转移的条件。这种结构是寄存器输出,输出无毛刺,而且代码更清晰易读,特别是对于复杂的状态机来说,但是消耗的面积也更多点。这是一种比较流行的状态机结构。

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