第10章 Verilog状态机设计技术演示幻灯片
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verilog数字系统设计教程PPT课件
数字系统设计的核心知识
• 复杂数字系统的构成； • 基本电路和 Verilog 的对应关系； • 同步有限状态机在电路中的作用； • 时钟树与自动综合技术
数字逻辑电路的构成
- 组合逻辑：输出只是输入逻辑电平的函
数（有延时），与电路的原始状态无关。
• 时序逻辑：输出不只是输入的逻辑电
平的函数，还与电路所处的状态有关。
8 ‘ d 31
8‘d
t
out[15:0]
202
16 ‘ d
16‘ d
t
Sn 开
93
606
t 关
全局时钟网和平衡树结构
触发器1
全局时钟网络 触发器 图1 全局时钟网示意图
缓冲器
触发器n
图2 平衡树结构示意图
避免冒险和竞争
• 由于组合逻辑和布线的延迟引起
a
c
b
a
b
t
c
t
clock
避免冒险和竞争与流水线
t
t
带寄存器的八位数据通路控制器的波形
ControlSwitch
in[7]
out[7]
CLOCK
out[7]
D Q[7]
ControlSwitch
in[0]
out[0]
CLOCK
out[0]
D Q[0]
带寄存器的八位数据通路控制器的Verilog描述
`define ON 1 ‘b 1 `define OFF 1 ‘b 0 wire ControlSwitch; wire clock wire [7:0] out, in;
ControlSwitch in[7]
out[7]
…... …...
in[0]
• 复杂数字系统的构成； • 基本电路和 Verilog 的对应关系； • 同步有限状态机在电路中的作用； • 时钟树与自动综合技术
数字逻辑电路的构成
- 组合逻辑：输出只是输入逻辑电平的函
数（有延时），与电路的原始状态无关。
• 时序逻辑：输出不只是输入的逻辑电
平的函数，还与电路所处的状态有关。
8 ‘ d 31
8‘d
t
out[15:0]
202
16 ‘ d
16‘ d
t
Sn 开
93
606
t 关
全局时钟网和平衡树结构
触发器1
全局时钟网络 触发器 图1 全局时钟网示意图
缓冲器
触发器n
图2 平衡树结构示意图
避免冒险和竞争
• 由于组合逻辑和布线的延迟引起
a
c
b
a
b
t
c
t
clock
避免冒险和竞争与流水线
t
t
带寄存器的八位数据通路控制器的波形
ControlSwitch
in[7]
out[7]
CLOCK
out[7]
D Q[7]
ControlSwitch
in[0]
out[0]
CLOCK
out[0]
D Q[0]
带寄存器的八位数据通路控制器的Verilog描述
`define ON 1 ‘b 1 `define OFF 1 ‘b 0 wire ControlSwitch; wire clock wire [7:0] out, in;
ControlSwitch in[7]
out[7]
…... …...
in[0]
《Verilog设计实例》PPT课件
精选PPT
6
task sort2; inout [t:0] x, y; reg [t:0] tmp; if( x > y ) begin tmp = x; x = y; y = tmp; end endtask endmodule
精选PPT
7
[例4]. 比较器的设计实例（利用赋 值语句设计组合逻辑） module compare(equal,a,b); parameter size=1; output equal; input [size-1:0] a, b; assign equal =（a==b）? 1 : 0; endmodule
assign outvec= h? 4'b0111 : g? 4'b0110 : f? 4'b0101:
e? 4'b0100 : d? 4'b0011 :c? 4'b0010 : b? 4'b0001:
a? 4'b0000 : 4'b1000; assign none_on = outvec[3];
精选PPT
18
[例9]. 输出驱动器设计实例 三态输出驱动器设计方案之一: module trist1( out, in, enable); output out; input in, enable; assign out = enable? in: 'bz; endmodule
精选PPT
19
三态输出驱动器设计方案之二: module trist2( out, in, enable ); output out; input in, enable;
begin
if(clk)
q=data;
Verilog示例教程PPT教学课件
always @(opcode or a or b) //用电平敏感的always块描述组合逻辑
begin case(opcode) //算术运算 `plus: out =a + b; `minus: out = a - b; //位运算 `band: out = a & b; `bor: out = a | b; `unegate: out = ~a; //单目运算 default: out = 8'hx;
endmodule
设计示例四（续） 用四个T触发器组成一个进位计数器
module ripple_carry_counter(q, clk, reset); output [3:0] q; input clk, reset; //4 instances of the module TFF are created. TFF tff0(q[0],clk, reset); TFF tff1(q[1],q[0], reset); TFF tff2(q[2],q[1], reset); TFF tff3(q[3],q[2], reset); endmodule
//延迟200个单位时间，触发事件end_first_pass
end
$finish;
//结束仿真
end
设计示例三 (续）
always @(end_first_pass) clearb = ~ clearb; //清零信号电平翻转
always @(posedge clock) $display (“ at time %0d clearb= %b data= %b qout= %b ”, $time,clearb,data,qout);
宏定义stim引用,等同于 #100 data=4'b 注意引用时要用 `符号。
begin case(opcode) //算术运算 `plus: out =a + b; `minus: out = a - b; //位运算 `band: out = a & b; `bor: out = a | b; `unegate: out = ~a; //单目运算 default: out = 8'hx;
endmodule
设计示例四（续） 用四个T触发器组成一个进位计数器
module ripple_carry_counter(q, clk, reset); output [3:0] q; input clk, reset; //4 instances of the module TFF are created. TFF tff0(q[0],clk, reset); TFF tff1(q[1],q[0], reset); TFF tff2(q[2],q[1], reset); TFF tff3(q[3],q[2], reset); endmodule
//延迟200个单位时间，触发事件end_first_pass
end
$finish;
//结束仿真
end
设计示例三 (续）
always @(end_first_pass) clearb = ~ clearb; //清零信号电平翻转
always @(posedge clock) $display (“ at time %0d clearb= %b data= %b qout= %b ”, $time,clearb,data,qout);
宏定义stim引用,等同于 #100 data=4'b 注意引用时要用 `符号。
uml建模状态机图PPT专业课件
4
例：CD播放器
5
一、状态（state）
2、状态的表示 状态名称 入口动作 出口动作 内部转换 内部活动 可推迟事件
状态示例
6
动作（Action）
可执行的原子计算。 不可中断，其执行时间可忽略不计。
两种特殊动作：
进入动作（entry action）：进入某状态时执 行的动作，用“entry/要执行的动作”表示。
34
10.3 建立状态机图
1．寻找主要的状态 飞机票有以下4种状态：无预订、部分预订、
预订完、预订关闭。 （1）在刚确定飞行计划时，显然没有任何预订，
且在顾客预订机票之前都将处于“无预订”状态。 （2）对于订座而言，有“部分预订”和“预订完”
两种状态。 （3）当航班快要起飞时，要“预订关闭”。
35
11
（3）简单状态
组成： 状态名 进入/退出动作 内部转移----不导致状态改变的转换，不会
执行entry和exit动作。 内部活动 延迟事件----延迟到下一状态处理的事件。
12
EnterPassword
entry/ set echo * exit/ set echo normal event keypress/ handle character event help/ display help event save/ defer do/ get password
Maintaining The train stop
22
（2）内部转换
有一个源状态但没有目标状态，转换后的状态 仍是它本身。
23
（3）自动转换
在没有外部事件的作用下，对象执行了某些活 动后，自然而然地完成的转换。
例：CD播放器
5
一、状态（state）
2、状态的表示 状态名称 入口动作 出口动作 内部转换 内部活动 可推迟事件
状态示例
6
动作（Action）
可执行的原子计算。 不可中断，其执行时间可忽略不计。
两种特殊动作：
进入动作（entry action）：进入某状态时执 行的动作，用“entry/要执行的动作”表示。
34
10.3 建立状态机图
1．寻找主要的状态 飞机票有以下4种状态：无预订、部分预订、
预订完、预订关闭。 （1）在刚确定飞行计划时，显然没有任何预订，
且在顾客预订机票之前都将处于“无预订”状态。 （2）对于订座而言，有“部分预订”和“预订完”
两种状态。 （3）当航班快要起飞时，要“预订关闭”。
35
11
（3）简单状态
组成： 状态名 进入/退出动作 内部转移----不导致状态改变的转换，不会
执行entry和exit动作。 内部活动 延迟事件----延迟到下一状态处理的事件。
12
EnterPassword
entry/ set echo * exit/ set echo normal event keypress/ handle character event help/ display help event save/ defer do/ get password
Maintaining The train stop
22
（2）内部转换
有一个源状态但没有目标状态，转换后的状态 仍是它本身。
23
（3）自动转换
在没有外部事件的作用下，对象执行了某些活 动后，自然而然地完成的转换。
Verilog逻辑设计实例系列.ppt
我们可以用图1（b）所示的有限状态机来 模拟这一连串的事件。
简化的状态机的例子（续）
实际上，这个状态机就是你自己。你可能处于下 列三个状态之一：睡眠中，醒了但还在床上，或起床。 你接受两个输入：唤你醒来的闹钟和当天是否是工作日， 后者决定你对闹钟的反映态度。在这个例子中，唯一的 输出就是关掉闹钟。（这里假设你不弄坏闹钟；如果弄 坏闹钟，这个例子就需要一个“弄坏闹钟”的输出）
历史视角：有限状态机和微处理器
微处理器有三个主要部分：寄存器，算术逻 辑单元和控制单元。控制单元输入将被执行的指 令和其他的信息，如标志寄存器的值。控制单元 输出控制信号以便加载和修改寄存器的内容，执 行算术逻辑功能，存取存储器和输入/输出设备。 它按照适当的顺序输出这些信号，以便微处理器 正确读取，译码和执行每条指令。
收费站控制器（续）
收费站有两个输出灯和一个输出警铃。当车 开进收费站，红灯（R）亮，直到司机投入至少 35分为止，此时红灯灭并且绿（G）灯亮。当 汽车离开收费站的时候，绿灯灭，红灯又亮。如 果汽车没有交足费用就离开收费站，则红的一直 亮并且警铃响。直到另一辆车进入收费站时，警 铃才关闭。
该系统需要几个状态来对应已经列出的条件。 另外它还要几个额外的状态来跟踪已投入了多少 钱。下面列表描述有限状态机的状态以及它们的 输出。
收费站控制器状态
状态
SNOCAR S0 S5 S10 S15 S20 S25 S30 SPAID SCHEAT
条件 站中无车 站中有车，已付费0分 站中有车，已付费5分 站中有车，已付费10分 站中有车，已付费15分 站中有车，已付费20分 站中有车，已付费25分 站中有车，已付费30分 站中有车，已付费35分 未付满过站费车就离开收费站
微处理器的控制单元本质上是一个有限状态 机。指令和标志值是状态机的输入，控制信号是 状态机的输出。
简化的状态机的例子（续）
实际上，这个状态机就是你自己。你可能处于下 列三个状态之一：睡眠中，醒了但还在床上，或起床。 你接受两个输入：唤你醒来的闹钟和当天是否是工作日， 后者决定你对闹钟的反映态度。在这个例子中，唯一的 输出就是关掉闹钟。（这里假设你不弄坏闹钟；如果弄 坏闹钟，这个例子就需要一个“弄坏闹钟”的输出）
历史视角：有限状态机和微处理器
微处理器有三个主要部分：寄存器，算术逻 辑单元和控制单元。控制单元输入将被执行的指 令和其他的信息，如标志寄存器的值。控制单元 输出控制信号以便加载和修改寄存器的内容，执 行算术逻辑功能，存取存储器和输入/输出设备。 它按照适当的顺序输出这些信号，以便微处理器 正确读取，译码和执行每条指令。
收费站控制器（续）
收费站有两个输出灯和一个输出警铃。当车 开进收费站，红灯（R）亮，直到司机投入至少 35分为止，此时红灯灭并且绿（G）灯亮。当 汽车离开收费站的时候，绿灯灭，红灯又亮。如 果汽车没有交足费用就离开收费站，则红的一直 亮并且警铃响。直到另一辆车进入收费站时，警 铃才关闭。
该系统需要几个状态来对应已经列出的条件。 另外它还要几个额外的状态来跟踪已投入了多少 钱。下面列表描述有限状态机的状态以及它们的 输出。
收费站控制器状态
状态
SNOCAR S0 S5 S10 S15 S20 S25 S30 SPAID SCHEAT
条件 站中无车 站中有车，已付费0分 站中有车，已付费5分 站中有车，已付费10分 站中有车，已付费15分 站中有车，已付费20分 站中有车，已付费25分 站中有车，已付费30分 站中有车，已付费35分 未付满过站费车就离开收费站
微处理器的控制单元本质上是一个有限状态 机。指令和标志值是状态机的输入，控制信号是 状态机的输出。
VerilogHDL语言基础幻灯片PPT
Verilog HDL硬件描述语言功能
4．提供显式语言结构指定设计中的端口到端口的时 延及路径时延和设计的时序检查。
5．可采用三种不同方式或混合方式对设计建模。这 些方式包括：
➢ 行为描述方式—使用过程化结构建模； ➢ 数据流方式—使用连续赋值语句方式建模； ➢ 结构化方式—使用门和模块实例语句描述建模。
15．Verilog HDL能够监控模拟验证的执行，即模拟验 证执行过程中设计的值能够被监控和显示。这些值也能够 用于与期望值比较，在不匹配的情况下，打印报告消息。
16．在行为级描述中，Verilog HDL不仅能够在RTL级 上进行设计描述，而且能够在体系结构级描述及其算法级 行为上进行设计描述。
module 模块名（端口列表）； 端口定义 input输入端口 output输出端口 inout输入/输出端口
数据类型说明 wire reg parameter、、、
逻辑功能定义 Assign连续赋值语句 Initial、Always过程语句 Function、Task调用 元件、模块调用 …...
Verilog HDL语言基础--本章概述
✓ Verilog的门级描述语句; ✓ Verilog编译指示语句; ✓ Verilog系统任务和函数; ✓ Verilog用户定义任务和函数和Verilog语言模块描 述方式。
本章内容对于初步掌握Verilog语言规则非常重 要。
--Verilog语言概述
17．能够使用门和模块实例化语句在结构级进行结构 描述。
Verilog程序结构
一个复杂电路系统的完整Verilog HDL模型是由若 干个Verilog HDL模块构成的，每一个模块又可以由若干 个子模块构成。Verilog使用大约100个预定义的关键词定 义该语言的结构。
使用Verilog的基本概念完美版PPT
字串(s) 字串之所有字元必須要同一行上。
“Hello Verilog World” //是一個字串 “a/b” //是一個字串
定義名稱(Identifers)與關鍵字(Keywords)
關鍵字是一組特殊的定義名稱，其功用是為了定義程式語言架 構，定義名稱是在程式語言中所給予物件的名稱。定義名稱可 由字母、數字、底線和錢號(＄)所組成。定義名稱的大小寫是 有分別的，且不可以用錢號做開頭。
a=b ? c:d；// ?：是三元運算子，b,c和d是運算元。
數字規格 (Number specification)
Verilog有規定長度 (Sized),不定長度(Unsized)二種數字規 格。
規定長度之數字(Sized numbers) 規定長度之數字以<size>’<base format> <number>來表示。 <Size>是以十進未來表示數字的位數(Bits)，<base format>是 用以定義此數字為十進位來表示數字的位數(Bits)，<base for mat>是用以定義此數為十進位(‘d或’D)、十六進位(‘h或’ H)、二進位(‘b或’B)、八進位(‘o或’O),數字亦可用大寫表 示4。’b1111 // 這是一個 4-bit 二進位
底線(Underscore characters)和問號(Question marks) 底線“_”的功用在於增加可讀性，並無特別的功用與功能。 但是需要注意的是，第一個字元不能使用底線。問號“?”與 “z”是同義的,其目的是增加可讀性。
12’b1111_0000_1010 // 與同 4’b10?? //與4’b10zz同
運算子(Operators) 運算元有三種形式:一元(Unary)、二元(Binary)，和三元(Ter nary)。 一元運算子放在運算元之前，二元運算子放在二個運算元之間 ,三元運算子有兩個運算子分隔三個單元。
第10章 Verilog状态机设计技术演示幻灯片
技
if (state_inputs==2`b01) next_state<=s1; else next_state<=s2; end
术
s2 : begin comb_outputs<=12; if (state_inputs==2`b10) next_state<=s0;
与
else next_state<=s3; end
A
体的数值、编码，甚至数据类型或变量类型。
技
parameter[2: 0] s0=0, s1=1, s2=2 , s3=3, s4=4;
术
reg [2: 0] current_state, next_state;
与
• 状态元素s0、s1等用关键词parameter来定义，各状态元素
应 所取得数值或编码必须写出具体值。
用 next_state”中用了位宽[2:0]，而不是[4:0]。
一旦打开了“状态机萃取”开关，就可利用Quartus II的状态
图观察器直观了解当前状态图走向，方法是：Tools→Netlist
Viewers →State Machine Viewer
13
§10.2 Moore型状态机及其设计
E
always @ (posedge clk or negedge reset) begin//主控时序过程
if (!reset) c_st<=s0; //复位有效时，下一状态进入初态s0
else c_st<=next_state; end
9
例10-1-续
always @ (c_st or state_inputs) begin//主控组合过程
应
always @ (cs or EOC) begin //主控组合过程，规定各状态转换方式
杭电第10章Verilog状态机设计技术
10.3 Mealy型状态机设计
10.3 Mealy型状态机设计
与例10-5不同，例10-6的每一待输出的数据必须等到时钟边沿到后才能输出， 而在时钟边沿未到时，如果数据输出控制信号DIN2发生改变，则必定影响时 钟后的输出数据。
事实上，只要将例10-5下面的COM过程的always引导语句改成以下形式， 例10-5就和例10-6的功能全等了。
10.2 Moore型状态机及其设计
10.2.1 多过程结构状态机
10.2 Moore型状态机及其设计
10.2.1 多过程结构状态机
COM组合过程有两个主要功能：
状态译码器功能，即根据从现态cs信号中获得的状态变 量，以及来自0809的状态线信号EOC，决定下一状态 的转移方向，即确定次态的状态变量。 采样控制功能，即根据cs中的状态变量确定对0809的控 制信号ALE、START、OE等输出相应的控制信号。当 采样结束后还要通过LOCK向锁存器过程LATCH发出锁 存信号，以便将由0809的D[7..0]数据输出口输出的8位 已转换好的数据锁存起来。
（1）START为转换启动控制信号，高电平有效；ALE为模拟信号输入选通端口地址锁 存信号，上升沿有效。一旦START有效后，状态信号EOC即变为低电平，表示进入转 换状态。转换结束后，EOC变为高电平，控制器可以据此了解转换情况。 （2）外部控制可以使OE由低电平变为高电平，此时，0809的输出数据总线D[7..0]从 原来的高阻态变为输出数据有效。 （3）对0809输出数据进行锁存。
（5）高可靠性能。首先状态机是由纯硬件电路构成，它 的运行不依赖软件指令的逐条执行，因此不存在CPU 运行软件过程中许多固有的缺陷；其次是由于状态机 的设计中能使用各种完整的容错技术；再次是当状态 机进入非法状态并从中跳出，进入正常状态所耗的时 间十分短暂，通常只有2~3个时钟周期，数十纳秒， 尚不足以对系统的运行构成损害。
NCverilog教程PPT课件
Step）使用ncverilog命令。选择多步模式。
第8页/共32页
选择多步模式 Multiple step
第9页/共32页
选择creat cds.lib file，弹出第二个对 话框，save，在新对话框中点击ok， 之后在最初的对话框中点击Ok。
第10页/共32页
nclaunch的主窗口： 左边的窗口中显示了 当前目录下的所有文 件，在编译和描述后 会在右边显示设计的 库。
第15页/共32页
在上述步骤之后，会生成一个你的设计对应的snapshot，仿真 就是针对这个Snapshot进行的。如图示，选中该文件，点击 仿真按钮
之后就启动了simulator,会弹出2个窗口 ： 设计浏览器（Design Browser）和 控制窗口（Console window）
第16页/共32页
但是在这之前要设置 参数，选中module后 选择toolsElaborator 进行设置。
第14页/共32页
设置参数时注意将Access Visibility按 钮选中并且它的值是All，这个选项意味 着全部存取（读，写，连接探测）来仿 真目标，这样就可以在仿真的数据库里 面探测目标和范围，调试你的设计。 由于不是所有的代码都加了时间，为防 止报错在此处加上时间。 然后点击ok即可。
左边的窗口中显示了当前目录下的所有文件在编译和描述后会在右边显示设计的13在在仿真你的设计以前必须用编译器编译源文件并且用描述器elaborator把设计描述成snapshot的形式
N C - Ve r i l o g 概 述
• Cadence的仿真工具NC-Verilog simulator • 在NC-Launch上进行设计仿真 • 在SimVision分析环境下对设计中的问题进行调试
第8页/共32页
选择多步模式 Multiple step
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选择creat cds.lib file，弹出第二个对 话框，save，在新对话框中点击ok， 之后在最初的对话框中点击Ok。
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nclaunch的主窗口： 左边的窗口中显示了 当前目录下的所有文 件，在编译和描述后 会在右边显示设计的 库。
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在上述步骤之后，会生成一个你的设计对应的snapshot，仿真 就是针对这个Snapshot进行的。如图示，选中该文件，点击 仿真按钮
之后就启动了simulator,会弹出2个窗口 ： 设计浏览器（Design Browser）和 控制窗口（Console window）
第16页/共32页
但是在这之前要设置 参数，选中module后 选择toolsElaborator 进行设置。
第14页/共32页
设置参数时注意将Access Visibility按 钮选中并且它的值是All，这个选项意味 着全部存取（读，写，连接探测）来仿 真目标，这样就可以在仿真的数据库里 面探测目标和范围，调试你的设计。 由于不是所有的代码都加了时间，为防 止报错在此处加上时间。 然后点击ok即可。
左边的窗口中显示了当前目录下的所有文件在编译和描述后会在右边显示设计的13在在仿真你的设计以前必须用编译器编译源文件并且用描述器elaborator把设计描述成snapshot的形式
N C - Ve r i l o g 概 述
• Cadence的仿真工具NC-Verilog simulator • 在NC-Launch上进行设计仿真 • 在SimVision分析环境下对设计中的问题进行调试
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与
给现态信号current_state • COM组合过程通过信号current_state中的状态值，进入相应的状态;
应 • 在此状态中根据外部的信号（如state_inputs）向内或向外发出控制
用
信号（如com_outputs）；
• 同时根据外部信号（如state_inputs）向次态信号next_state中赋相
用 • parameter旁的位宽说明可写可不写
• current_state是现态变量和next_state是次态变量
5
1、状态机说明部分
E
2005版本的System Verilog
D
typedef enum {s0, s1, s2, s3, s4} type_user;
A
type_user current_state, next_state;
应的状态值，确定下一状态的走向；
• 此状态值通过next_state传给REG时序过程，直到下一个时钟脉冲
的到来。
8
4、辅助过程
E
➢ 辅助过程用于配合状态机工作的组合过程或时序过程。例 如为了完成某种算法的过程，或为了存储数据的存储过程，
D
或用于配合状态机工作的其他时序过程等。
A 例10-1
技
module FSM_EXP (clk, reset, state_inputs, comb_outputs);
E
➢ 主控时序过程指负责状态机运转和在时钟驱动下负责状态
D
转换的过程。 ➢ 状态机是随外部时钟信号，以同步时序方式工作的，状态
A
机中必须包含一个对工作时钟敏感的过程，状态机向下一
技
状态转换的实现仅取决于时钟信号的到来。
术
➢ 当时钟的有效跳变到来时，时序过程只是机械地将代表次 态的信号next_state中的内容送入现态的信号current_state
技
术
• typedef是用户数据类型自定义语句关键词 • enum是定义枚举类型关键词
与
• type_user是用户定义状态元素s0、s1、s2、s3、s4为
应 type_user类型的标识符
用
• 第二句将状态变量current_state、next_state定义为
type_user类型
6
2、主控时序过程
术
input clk; input reset;
//状态机工作时钟 //状态机复位控制
与
input [0: 1] state_inputs;//来自外部的状态机控制信号 output [3: 0] comb_outputs;//状态机对外部发出的控制信号输出
应 用
reg [3: 0] comb_outputs; parameter s0=0, s1=1, s2=2, s3=3, s4=4; //定义状态参数 reg [4: 0] c_st, next_state; //定义现态和次态的状态变量
A
体的数值、编码，甚至数据类型或变量类型。
技
parameter[2: 0] s0=0, s1=1, s2=2 , s3=3, s4=4;
术
reg [2: 0] current_state, next_state;
与
• 状态元素s0、s1等用关键词parameter来定义，各状态元素
应 所取得数值或编码必须写出具体值。
always @ (posedge clk or negedge reset) begin//主控时序过程
if (!reset) c_st<=s0; //复位有效时，下一状态进入初态s0
else c_st<=next_state; end
9
例10-1-续
always @ (c_st or state_inputs) begin//主控组合过程
与
中，而信号next_state中的内容完全由其他过程根据实际情
应 用
况来决定。
➢ 此时序过程中也可放置一些同步或异步清0或置位方面的控 制信号。
7
3、主控组合过程
➢ 主控组合过程根据当前状态和外部的信号发出控制信号，
E
同时确定下一状态的走向。
D
A
技
术 • 在时钟的作用下，REG时序过程将次态信号的内容next_state传递
与 （3）性能稳定
应 （4）高速性能 用 （5）高可靠性能
3
§10.1.2 状态机的一般结构
E
用Verilog设计的状态机根据不同的分类标准可以分为多种不
D
同形式：
A
• 从状态机的信号输出方式上分：Mealy型和Moore型状态机
技
• 从状态机的结构描述上分：单过程状态机和多过程状态机
术
• 从状态表达方式上分：符号化状态机和确形中容易看清,将current_state简写为c_st
s0 : begin comb_outputs<=5; //进入状态s0时，输出控制码5
D
if (state_inputs==2`b00) next_state<=s0; //条件满足,回初态s0
A
else next_state<=s1; end//条件不满足，到下一状态s1 s1 : begin comb_outputs<=8; //进入状态s1时，输出控制码8
与
• 从状态机编码方式上分：顺序编码、一位热编码或其他编
应
码方式状态机
用 最一般和最常用的状态机结构中通常包含了说明部分、主控 时序过程、主控组合过程、辅助过程等几个部分
4
1、状态机说明部分
E
说明部分中包含状态转换变量的定义和所有可能状态的说明，
D
必要时还要确定每一状态的编码形式，最好是纯抽象的符号 化状态机，即所定义的状态序列和状态转换变量都不涉及具
E
D
A 第10章 Verilog状态机
技
设计技术
术
与
应
用
1
§10.1 Verilog状态机的一般形式
E
D
➢ 广义而论，只要涉及触发器的电路，无论电路大小，都 能归结为状态机。
A
➢ 有限状态机用来实现一个数字电路的控制部分。与CPU
技
的功能类似，综合了时序逻辑和组合逻辑电路。
术
➢ CPU是通过操作指令和硬件操作单元来实现控制功能， 而有限状态机是通过状态转移来实现控制功能。
与
➢ 综合器能从不同表述形态的HDL代码中轻易萃取出状态
应
机，并加以多侧面、多目标和多种形式的优化。
用
2
§10.1.1 状态机的特点与优势
E
面对同一个设计项目的不同形式的逻辑设计方案中，利用有
D
限状态机的设计方案来描述和实现将可能是最佳选择。
A
有限状态机的优越性：
技
术
（1）高效的顺序控制模型 （2）容易利用现成的EDA工具进行优化设计