Verilog中状态机编码方式的选择

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verilog 状态机最佳写法

verilog 状态机最佳写法Verilog编程语言广泛应用于数字电路设计中，特别是在嵌入式系统和硬件描述语言中。

状态机是一种常用的设计模式，可以帮助我们描述复杂的行为和控制逻辑。

本文将介绍如何使用Verilog编写状态机，并提供一些最佳实践。

第一部分：Verilog简介Verilog是一种硬件描述语言，最初由美国自动化控制协会（ACM）开发。

它是一种用于描述、仿真和生成数字电路的高级编程语言。

Verilog提供了描述硬件的能力，使我们能够在逻辑级别上描述电路的行为。

第二部分：状态机简介状态机是一种抽象的数学模型，用于描述系统或程序的行为。

它由一组状态、输入和输出组成，并在不同状态之间进行转换。

状态机可以用于描述任何连续或离散的系统，包括硬件和软件。

第三部分：状态机的设计方法在Verilog中，我们可以使用参数化模块和状态寄存器来描述状态机。

参数化模块可以接受输入和输出，根据当前状态和输入转换到下一个状态，并产生相应的输出。

下面是一个简单的例子：```module fsm #(parameter N=3) (input logic clk, reset, input logic [N-1:0] input, output [N-1:0] output);typedef enum logic [1:0] {S0, S1, S2} state_t;state_t state, next_state;always_ff @(posedge clk or posedge reset) begin if (reset) beginstate <= S0;end else beginstate <= next_state;endendalways_comb begincase (state)S0: begin// State S0 behavioroutput = input;next_state = S1;endS1: begin// State S1 behavioroutput = ~input;next_state = S2;endS2: begin// State S2 behavioroutput = 2'b11;next_state = S0;enddefault: begin// Default behavioroutput = 2'b00;next_state = S0;endendcaseendendmodule```在这个例子中，我们定义了一个状态机模块，它有一个时钟信号、一个复位信号、一个输入信号和一个输出信号。

基于Verilog 的有限状态机设计

基于Verilog 的有限状态机设计与优化1 引言在集成电路的设计过程中, 不论是使用FPGA还是ASIC 来实现, 有限状态机经常是作为一个电路设计的关键部分而出现的. 状态机的功能是否完善( 是否强壮型) 对整个电路会产生重大的影响.有限状态机主要有两种类型: Moore 型状态机和M ealy 型状态机. Moore 型状态机是指输出只与当前状态有关, 与输入信号无直接关系. 而Mealy 型状态机的输出不只与当前状态有关, 还与输入信号有关.文中以目前常用的硬件描述语言Verilog HDL 为基础, 对不同的状态机编码类型和状态机描述风格对状态机性能的影响进行了深入的分析. 分别使用Xilinx ISE 和Design Compiler 对实例进行了综合,分析了面积、速度与功耗的信息, 给出了对于不同类型状态机的最佳编码风格.2 状态机编码状态的编码方式最常用的有二进制码、格雷码和独热码三种, 不同的状态机编码方式对状态机的影响非常大. 如表1 所示.二进制的编码从第一个状态到最后一个状态是按二进制码的顺序排列的, 是一种最普通的编码方式.表1 不同的编码比较十进制码Binary code Gray code One- hot code0 000 000 00011 001 001 00102 010 011 01003 011 010 1000用格雷码进行状态的变换时, 相邻状态转换只有一个状态位发生翻转. 这样就可以消除转换时由多条状态信号线的传输延迟所造成的毛刺, 大大地减少了由一个状态到下一个状态时逻辑的混淆可以降低功耗.one- hot 状态译码简单, 只有1 位是1 其他位为0, 易于修改, 可以减少组合逻辑, 但会使用更多的触发, 增加电路面积.Binary- code、Gray- code 编码使用最少的触发器, 较多的组合逻辑, 而One- hot 编码反之.因此, Binary 和Gray- code 适用于触发器资源较少, 组合电路资源丰富的情况( CPLD) , 对于FP GA 则更适用One- hot code, 因为这样可以充分利用FPGA 丰富的触发器资源. 另外, 小型设计通常使用Binary- code 和Gray- code, 对于大型的设计使用One- hot code 效果更佳.3 状态机的描述方法状态机的描述方法通常有三种: 一段式( one al ways) 、二段式( two always) 和三段式( three always) .3. 1 一段式一段式的状态机描述方法是指将整个状态机写到一个alw ays 模块里, 该模块描述当前状态转移, 又描述状态的输入和输出.由于一段式的描述方法是给STATE 自身赋值, 所以本身就会引入一个周期的延时, 需要在设计中通过预计算考虑进去.一段式的描述方法所有输出都是寄存器输出的, 因此不会产生毛刺, 但是这种组合逻辑和时序逻辑都写到一起的方法是不可取的, 而且在描述当前状态的时候还要考虑到下一状态的输出. 这种描述方法可读性差、难于理解和维护, 不利于时许约束、功能更改及调试, 对于Mealy 型的状态机来说, 容易出现Latches.3. 2 二段式二段式的状态机描述方法是指使用两个always模块, 其中一个always 模块采用同步时序的方式描述当前状态和下一状态的转移, 另一个alw ays 模块采用组合逻辑来描述下一状态和输出向量的赋值.二段式的描述方法比一段式的更合理, 它更易于阅读、理解和维护, 更利于综合并优化代码. 但是它的缺点是第二个alw ays 块组合逻辑的输出会出现毛刺, 影响电路性能.3. 3 三段式三段式的状态机描述方法是由二段式发展而来的, 在二段式两个alw ays 的基础上又增加了一个alw ays 块来描述每个状态的输出, 用寄存器寄存了一拍, 达到同步输出的目的.需要注意的是, 增加的一级寄存器会引入一个周期的延时, 需要在设计中通过预计算考虑进去, 避免逻辑发生错误. 这样一级寄存器的引入, 也就形成了FSMs 输入逻辑的一级流水.引入了组合逻辑寄存, 输出同步不仅会带来运行性能的提升, 还会增加系统的稳定性, 防止输出信号出现毛刺, 防止组合回路的产生.4 实例分析下面以一个简单红绿灯状态转移为例进行分析, 当RESET 信号给出以后进入IDEL 状态, 之后状态机的描述方法通常有三种: 一段式( one al 进入RED 状态, 之后进入GREEN 状态, 之后进入YELLOW 状态, 最后回到RED 状态. Default 时进入IDEL 状态.一4. 1 使用Xilinx ISE 进行分析在使用Xilinx ISE 对例子进行综合的时候, 右键点中综合软件, 选属性选型, 在HDL Options 中有一个优化选项为FSM Encoding Algorithm, 在其下拉菜单中选中AUTO( 默认项) , 工具就可以自动修改设计中的状态机的状态编码, 使其成为对FPGA 来说最优的编码风格.对于本设计来说, 由于只有4 个状态, 所以状态编码被优化成了Gray- code. 但是经过验证, 在状态较多的状态机设计中, 状态编码一般都被优化成One- hot code.通过表2, 对Xilinx ISE 的综合后报表进行分析可以看到, 由于one always 的状态机全部为时序电路,所以最大频率会比two alw ays 和three always 大.在面积方面, two always 型的状态机所占面积最小, three alw ays 稍大, 而one alw ays 型的状态机所用门数最多, 所占面积也最大.对于功耗来说, 使用Xilinx ISE 集成的Xpower进行功耗分析, 所得到的三种状态机编码风格的功耗并不存在明显差异.表2 Xilinx ISE 的综合结果使用门数最大频率one alw ays 8 313. 283MHztwo always 43 312. 891MHzthree alw ays 67 312. 891MHz4. 2 使用Design Compiler 进行分析在使用Design Complier 对所举实例进行分析话时, 分别选取了1always& binary、1always& one - hot、2always& binary、2alw ays& one - hot 、3alw ays& binary、3always& one- hot 等6 种设计, 每个设计分别设定了2 个时钟周期( . ns 和7ns) 进行分析. 综合得到的面积和延时的结果按顺序标在图2、图3 中. 表3、表4 给出了详细的数据.由图2 可见, 2alw ays 在面积上具有明显优势,其次是3alw ays. 由图3 对时序的分析可见, 2alw ays也是具有一定的优势.比较使用Design Compiler 和Xilinx ISE 的综合结果可以发现, 不论是使用FPGA 还是ASIC, tw oalw ays 所占面积总是最小的, 其次是three alw ays,而one alw ays 所占面积最大. 这主要是由于one alw ays 的状态机全部为时序电路, 所以花费的面积最大, three alw ays 由于多采用一级寄存器同步, 所以所花费的面积比two always 的要大一些.5 比较分析通过以上分别使用Xilinx ISE 和Design Compiler 对实例进行的分析, 可见two alw ays 的编码风格存在巨大的优势. 因为Moore 型的状态机输出只有状态寄存器驱动, 状态机所受影响差异不会很大,所以建议对Moore 型状态机采用two alw ays 的编码风格.而Mealy 型状态机, 输出不只与当前状态有关,还与输入信号有关, 输出是组合逻辑的输出, 这样在每个STATE 中产生的信号复杂而且有不同的timeskew , 如果信号直接输出而不引用寄存器同步的话, 在高频的电路中很可能会导致时序上的错误. 所以建议使用three alw ays 风格, 将输出同步一拍.对于one alw ays 的风格, 虽然在一些开源的IP盒中经常见到, 但是通过以上的分析, 可以发现这种状态及描述风格存在着巨大的缺陷.至于状态编码的使用, 对于FPGA 来说建议使用工具自动优化状态机的状态编码, 而对于ASIC 来说, 建议在小型设计中使用Binary- code 和Gray code, 而对于大型的设计则使用One- hot code.6 结束语文中结合了一个Verilog HDL 的实例, 对三种不同的状态机编码和状态机描述方式进行了深入的研究, 分析了其各自的优缺点. 并分别使用Xilinx ISE 和Design Compiler 对一个实例进行了综合, 对面积、速度与功耗进行了分析. 结果表明one alw ays的写法需要被摒弃, two alw ays 的编码风格适合Moore 型状态机, 而three always 的编码风格适合Mealy 型状态机. 文中同时也给出了适合不同设计的最优状态编码。

verilog奇偶分频、一段式、两段式、三段式状态机

汇报总结1、偶数分频偶数倍分频相对简单，可以通过计数器对预分频的脉冲沿计数实现，如果要进行N倍（N为整数）偶数分频，可由预分频的时钟触发计数器计数，当计数器从0计数到N/2—1时，输出时钟进行翻转，并给计数器一个复位信号，使得下一个时钟从零开始计数，以此循环下去。

分频的主体程序如下：`define div_en 8module freq_div_even(clk_in,reset,clk_out);input clk_in;input reset;output clk_out;reg clk_out;reg[2:0] count;initialbegincount=0;clk_out=0;endalways@(posedge clk_in)beginif(!reset)begincount<=0;clk_out<=0;endelseif(count==(`div_en/2-1))beginclk_out<=~clk_out;count<=0;endelsebegincount<=count+1;endendendmodule下面定义N为8,对一个脉冲8分频,测试程序如下:`timescale 1ns/1nsmodule testbench;reg reset;reg clk_in;reg[2:0] count;wire clk_out;freq_div_even test(.clk_in(clk_in),.reset(reset),.clk_out(clk_out));initialbeginreset=0;clk_in=0;#5 reset=1;endalways #10 clk_in=~clk_in;endmodule波形图如下:2、奇数分频对于对占空比没有特殊要求的奇数分频，需要对上升沿和下降沿脉冲进行计数，利用下降沿产生的波形移相半个输入脉冲的作用，最后用错位“异或”法实现。

Verilog 有限状态机设计(课堂PPT)

begin
case( state )
state0:
out = 3'b001;
state1:
out = 3'b010;
state2:
out = 3'b100;
state3:
out = 3'b111;
default:
out = 3'b001;
endcase
end
endmodule
11
8.2 有限状态机的Verilog描述
begin if(clr) qout<=0;
//异步复位
else case(qout)
3'b000: qout<=3'b001;
3'b001: qout<=3'b010;
3'b010: qout<=3'b011;
3'b011: qout<=3'b100;
3'b100: qout<=3'b000;
default: qout<=3'b000; /*default语句*/
state2 = 2’b11, state3 = 2’b10; // 格雷码
always @( posedge clk or posedge clr ) begin
if( clr ) state <= state0; // 定义初态 state <= next_state; end
8
always @( state or start or step2 or step3 ) // 状态转换
EDA技术与应用
第八章有限状态机设计
1

Verilog HDL入门基础之时序状态机的设计

时序状态机的设计入门与提高计算机及具有存储器或按照所存储信息执行一系列操作的其他数字系统统称为“时序状态机”，其电路可以通过时序逻辑进行建模。

时序状态机的性能与组合逻辑不同，因为时序状态机的输出不仅仅取决于当前的输入值，而且取决于历史的输入值。

时序状态机被广泛应用于需要指定顺序操作的应用中。

所有的时序状态机都具有如图的通用反馈结构，在这种结构中时序状态机的下一状态是由当前状态和当前输入一起形成的：时序状态机可以按是否受一个公共的时钟控制（钟控）分为同步状态机和异步状态机；根据状态数目是否有限分为有限状态机和无限状态机。

此处只讨论有限状态机。

有限状态机的（FSM）分类有限状态机有米利（Mealy）机和摩尔（Moore）机：米利（Mealy）机：米利（Mealy）机的下一状态和输出都取决于当前状态和当前输入。

摩尔（Moore）机：摩尔（Moore）机的下一状态取决于当前状态和当前输入，而输出仅仅取决于当前状态。

有限状态机常用的描述、开发方法有限状态机可以借助时序图、状态表、状态图以及ASM图进行系统的描述与设计。

•时序图可以用于说明系统中及系统与周围环境的接口中信号的有效输入与状态转移之间的关系。

•状态表与状态转移表以表格的形式表示在当前状态和输入的各种组合下状态机的下一状态和输出•状态转移图（STG）是一种有向图，图中带有标记的节点或顶点与时序状态机的状态一一对应。

当系统处于弧线起点的状态时，用有向边或弧线表示在输入信号的作用下可能发生的状态转移。

米利机STG的顶点用状态进行标记，状态转移图的有向边有下面两种标记方法：（1）用能够导致状态向指定的下一状态转移的输入信号来标记（2）在当前状态下，用输入信号的输出来进行标记摩尔机的状态转移图与米利机相类似，但它的输出是由各状态的顶点来表示的，而不是在弧线上表示•算法状态机（ASM）图是时序状态机功能的一种抽象，是模拟其行为特性的关键工具。

它类似于软件流程图，但显示的是计算流程图（如寄存器操作）的时间顺序，以及在状态机输入影响下发生的时序步骤。

verilog的三种描述方式

verilog的三种描述方式（最新版）目录1.引言2.Verilog 描述方式概述1.结构描述2.数据流描述3.行为描述4.混合描述3.结构描述1.门级结构描述2.模块级结构描述4.数据流描述1.逻辑关系2.持续赋值语句5.行为描述1.寄存器传输级描述2.状态机描述6.混合描述7.结论正文一、引言Verilog 是一种硬件描述语言，广泛应用于数字电路和模拟混合信号电路的设计验证。

在 Verilog 中，有多种描述方式可以实现逻辑功能，包括结构描述、数据流描述、行为描述和混合描述。

本文将对这些描述方式进行详细介绍。

二、Verilog 描述方式概述1.结构描述：通过调用逻辑原件，描述它们之间的连接来建立逻辑电路的 Verilog 模型。

这里的逻辑元件包括内置逻辑门、自主研发的已有模块、商业 IP 模块。

结构描述分为门级结构描述和模块级结构描述。

2.数据流描述：根据信号之间的逻辑关系，采用持续赋值语句描述逻辑电路的行为。

数据流描述关注信号的传输和处理过程，适用于组合逻辑电路的设计。

3.行为描述：通过描述电路的输入输出行为，以及电路内部状态的变化，来实现逻辑功能的描述。

行为描述主要包括寄存器传输级描述和状态机描述。

4.混合描述：结合结构描述、数据流描述和行为描述，实现对逻辑功能的全面描述。

混合描述可以充分利用 Verilog 的各种特性，提高描述的准确性和效率。

三、结构描述1.门级结构描述：通过实例化内置逻辑门或使用自定义模块，构建逻辑电路的结构。

例如，可以使用与门、或门、非门等逻辑门实现组合逻辑电路。

2.模块级结构描述：将具有一定功能的模块进行组合，形成复杂的逻辑电路。

模块可以是自主研发的已有模块，也可以是商业 IP 模块。

四、数据流描述1.逻辑关系：根据信号之间的逻辑关系，使用持续赋值语句进行描述。

例如，对于一个与非门，可以使用`assign #5 neg(a);`语句描述其输出信号与输入信号 a 的逻辑关系。

verilog三段式状态机格式

Verilog三段式状态机格式1. 引言在数字电路设计领域，状态机是一种非常重要的设计工具，它能够描述系统在不同状态下的行为。

Verilog是一种硬件描述语言，可以用于描述数字电路的设计和验证。

其中，三段式状态机格式是一种常用的描述方式，本文将针对这一主题展开深入探讨。

2. 三段式状态机的定义三段式状态机包括状态寄存器、组合逻辑和next state逻辑。

状态寄存器用于存储系统的当前状态。

组合逻辑根据输入信号和当前状态计算出输出信号和下一个状态。

next state逻辑用于确定下一个状态的取值。

三段式状态机可以清晰地描述系统的状态转移关系，具有良好的可读性和可维护性。

3. 深入理解三段式状态机在实际应用中，三段式状态机格式能够很好地应对复杂的状态转移逻辑。

通过合理的状态定义和状态转移规则，可以实现高效、稳定的系统设计。

三段式状态机还有利于设计验证和仿真，能够有效减少错误的引入，并提高系统的可靠性。

4. 三段式状态机在Verilog中的应用在Verilog语言中，可以通过module和always语句来描述三段式状态机。

通过module定义状态寄存器和组合逻辑，明确定义输入、输出和状态变量。

通过always语句描述next state逻辑，根据输入信号和当前状态计算下一个状态的取值。

采用Verilog描述三段式状态机，能够有效提高设计的可移植性和可重用性。

5. 个人理解与观点三段式状态机格式作为一种强大的状态机描述方式，在数字电路设计中具有广泛的应用。

我个人认为，深入理解并灵活应用三段式状态机格式，对于提高数字电路设计的效率和质量具有重要意义。

通过对状态机转移关系的清晰描述，可以有效减少设计错误和优化系统性能。

6. 总结与回顾三段式状态机格式在Verilog语言中的应用具有重要价值。

通过本文的探讨，我对三段式状态机的概念和应用有了更深入的理解。

在今后的数字电路设计中，我将更加灵活地运用三段式状态机格式，以期实现更高效、可靠的系统设计。

基于Verilog HDL的有限状态机的优化设计

态和下一状态；
第二个进程组合逻辑ａａｓｌｙ模块的设计和二段式的ｗ设计相似，但是其只进行输入判断和状态转移规律描述，而不进行组合逻辑输出；第三个进程也设计成同步时序ａａｓｌｙ模块，采用同ｗ
步时序逻辑寄存ＦＭ的输出。Ｓ
４三种状态机的逻辑、电路、仿真分析
ｍｐ＿ｔａｅ — ” ｊｇｉｕｕｃＯ一／ｊｇｕ— ｉｓｅｍｒｉ／ｐ／ｐｔｖ． ” Ｏ” ｐ／ｔｇｒｍｎ＿Ｓｍｏ
）
警
图１频采集图像０视
图８内核启动前加载摄像头驱动信息
不管你在何时插入，以上信息之一都表明，出现摄像
头驱动加载成功。驱动加载成功后同时会在／ｅｄｖ目录下产生一个ｖｅＯｉｏ的设备节点。ｌ命令可以查看，图９ｄ用ｓ如
所示。
一
检验所设计的ＦＭ的完备性，如果所设计的ＦＭ不完ＳＳ备，则会进入任意状态，仿真时很容易发现。
３３三段式（ｈｅ — ｌｙ）－Ｔｒｅａｗａｓ状态机三段式状态机的设计即使用三个进程对状态机进行描述。第一个ａａｓｌｙ模块使用同步时序描述状态之间的ｗ转移；第二个ａａｓｌｙ模块使用组合逻辑判断状态转移条ｗ件，描述状态转移规律；第三个ａａｓｌｙ模块采用同步时序ｗ
成了远程视频数据的采集，为整个网络智能家居监控系
统的实现打下了基础。
摄像头被驱动后，需要编写一个对视频流采集的应
用程序。系统中采用的是ｍｐｇｓｅｍ，本ｊｅ—ｔａ这是一个视频ｒ流服务器，里面有对整个视频采集及处理发送的过程。首先要将其移植到目标板上，也就是￥Ｃ４０平台，３２４并在目标板上运行此视频流服务器，命令如下：

《数字信号处理的FPGA实现》读书笔记

<数字信号处理的FPGA实现>Verilog写状态机大概有这样几点要求：1、组合逻辑完成状态转移的条件判断，时序逻辑完成状态机的状态转移。

2、组合逻辑和时序逻辑分别在两个不同的always块中完成，根据状态机状态通过译码逻辑产生的与状态机无关的逻辑部分不要放在专用的状态机always块中。

3、状态编码预先定义为parameter，状态较少的状态机推荐使用one-hot方式编码，以减小译码逻辑的复杂度，提高性能。

4、建议单独使用一个模块来描述状态机。

5、状态机应有一个default状态，在上电复位的时候作为初始状态。

6、注意状态机组合逻辑中的if...else语句，不要出现latch。

7、对于复杂状态机，最好采用状态机嵌套方式完成。

其实上面很多都是按照Synopsys LEDA的coding style的要求的，状态机的写法相对固定，因此很多Design entry的工具可以自动生成状态机代码，Xilinx也有工具支持直接由状态转移图输入完成状态机的编码。

所以关键还是画好状态转移图，其他就相对简单了。

visual hdl＋ISE＋synplify Pro＋modelsim！1.设计输入1)设计的行为或结构描述。

2)典型文本输入工具有UltraEdit-32和Editplus.exe.。

3)典型图形化输入工具-Mentor的Renoir。

4)我认为UltraEdit-32最佳。

2.代码调试1)对设计输入的文件做代码调试，语法检查。

2)典型工具为Debussy。

3.前仿真1)功能仿真2)验证逻辑模型(没有使用时间延迟)。

3)典型工具有Mentor公司的ModelSim、Synopsys公司的VCS和VSS、Aldec公司的Active、Cadense公司的NC。

4)我认为做功能仿真Synopsys公司的VCS和VSS速度最快，并且调试器最好用，Mentor 公司的ModelSim对于读写文件速度最快，波形窗口比较好用。

Verilog三段式状态机

状态机采用VerilogHDL语言编码，建议分为三个always段完成。三段式描述方法虽然代码结构复杂了一些，但是换来的优势是使FSM做到了同步寄存器输出，消除了组合逻辑输出的不稳定与毛刺的隐患，而且更利于时序路径分组，一般来说在FPGA/CPLD等可编程逻辑器件上的综合与布局布线效果更佳。
示列如下：
2.2 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；
next_state = S2; //阻塞赋值
...
endcase
end
//第三个进程，同步时序always模块，格式化描述次态寄存器输出
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
...//初始化
case(next_state)
S1:
out1 <= 1'b1; //注意是非阻塞逻辑
//第一个进程，同步时序always模块，格式化描述次态寄存器迁移到现态寄存器
always @ (posedge clk or negedge rst_n) //异步复位
if(!rst_n)
current_state <= IDLE;
else
current_state <= next_state;//注意，使用的是非阻塞赋值

2014.9摩尔及米利型状态机的VerilogHDL描述方法

例1：MOORE 型状态机设某个控制器的状态转换图如下所示：输入：in 、时钟clk 、和复位信号输出：out用Verilog将NS 、 OL 、 CS module statmach(clk, in, reset, out); input clk, reset; //时钟、复位信号 input in; //输入 output out; reg out; //输出reg current_state; //现态寄存器reg next_state; //次态寄存器，NS 与CS 分开描述时必须定义parameter s0 = 0, s1 = 1; //状态编码always @( current_state or in )begincase (current_state) s0: if(in) next _state<=s1;else if (!in) next _state<=s0 s1:if(in) next _state<=s0; else if (!in) next _state<=s1default: next _state<=s0； endcaseendalways @(posedge clk ) begin if (reset)current_state <= s0;else current_state<= next endalways @( current_state )in=0状态编码：S0=0，S1=1。

in=0时钟CS NS OL 复位begin case (current_state) s0: out <= 0;s1:out <= 1; default:out <= x;endcase end endmodule将CS 与NS 混合描述，OL 单独描述：module statmach(clk, in, reset, out); input clk, reset; //时钟、复位信号 input in; //输入output out; //输出 reg out;reg current_state; //现态寄存器parameter s0 = 0, s1 = 1; //状态编码always @(posedge clk ) begin if (reset) current_state = s0; else case (current_state) s0:if (in) current_state = s1;else if (!in)current_state = s0;s1: if (in) current_state = s0; else if (!in) current_state = s1;default: current_state = s0;endcase endin=0OL时钟CSNSOLMOORE 型状态机结构图复位always @(current_state ) begincase (current_state) s0: out = 0; s1: out = 1;default:out = x;endcase endendmodule将CS 、NS 、OL 均混合描述：module statmach(clk, in, reset, out); input clk, reset; //时钟、复位信号 input in; //输入output out; //输出 reg out;reg current_state; //现态寄存器parameter s0 = 0, s1 = 1; //状态编码always @(posedge clk ) begin if (reset) current_state = s0; else case (current_state) s0:begin out = 0;if (in) current_state = s1;else if (!in)s1:begin out = 1; if (in) current_state = s0; else if (!in) current_state = s1; enddefault: current_state = s0;endcaseOLin=0时钟CSNSOLMOORE 型状态机结构图复位endendmodule例2：MEALY 型状态机状态转换图：将CS 与NS 混合描述，OL 单独描述：（无法全部混合描述） module statmach(clk, in, reset, out);input clk, reset; //时钟、复位信号 input in; //输入 output out; //输出 reg out;reg current_state; //现态寄存器parameter s0 = 0, s1 = 1; //状态编码always @(posedge clk ) begin if (reset) current_state = s0; else case (current_state) s0:if (in) current_state = s1;else if (!in)current_state = s0;s1: if (in) current_state = s0; else if (!in) current_state = s1;default: current_state = s0;endcase endin=0in=0/out=0in=0/out=1always @(begin case (current_state ) s0:if(in) out = 1; s1:if(in) out = 0;default:out = x;endcase endendmodule例3：带流水线的MEALY 型状态机将CS 、NS 与OL 混合描述： module statmach(clk, in, reset, out); input clk, reset; //时钟、复位信号 input in; //输入output out; //输出 reg out;reg current_state; //现态寄存器parameter s0 = 0, s1 = 1; //状态编码in=0/out=1always @(posedge clk ) begin if (reset) current_state = s0; else case (current_state) s0:if (in)beginout = 1;current_state = s1;end else begin out = 0;current_state = s0; ends1: if (in)begin out = 0;current_state = s0;end else beginout = 1;current_state = s1; enddefault: begin current_state = s0; out = x; endendcase endendmodulein=0/out=1。

VerilogHDL编码规范

VerilogHDL编码规范目录Table of Contents1 范围 (3)2 综述 (3)3 详述 (4)3.1基本格式 (4)3.1.1标准文件头 .......................................................................... 错误！未定义书签。

3.1.2 include (4)3.1.3缩进格式 (4)3.1.4注释 (4)3.1.5保留字 (4)3.2模块与端口 (4)3.2.1模块命名 (4)3.2.2模块例化 (4)3.2.3端口定义 (4)3.2.4输入与输出寄存 (4)3.3信号与变量 (5)3.3.1信号命名 (5)3.3.2向量 (5)3.3.3数据流向 (5)3.3.4 Integer类型 (5)3.3.5位宽匹配 (5)3.3.6内部寄存 (5)3.4时钟与复位 (5)3.4.1时钟复位命名 (5)3.4.2时钟可见性 (6)3.4.3时钟不可做数据输入 (6)3.4.4门控时钟和门控复位 (6)3.4.5全局复位 (6)3.4.6时钟产生 (6)3.5设计风格 (6)3.5.1 if与case (6)3.5.2调试寄存器 (6)3.5.3异步复位 (7)3.5.4时钟事件 (7)3.5.5顶层 (7)3.5.6电路分级 (7)3.5.7资源共享 (7)3.5.8 for语句 (7)3.5.9标准模块 (7)3.5.10参数使用 (7)3.5.11避免SnakePath (8)3.6状态机 (8)3.6.1状态机命名 (8)3.6.2初始状态 (8)3.6.3双进程 (8)3.6.4状态分配 (8)3.6.5无效状态 (8)3.6.6状态机编码 (8)3.7赋值 (8)3.7.1阻塞与非阻塞赋值 (8)3.7.2避免Latch (8)3.7.3一个信号对应一个always (9)3.8 always (9)3.8.1敏感变量 (9)3.8.2边沿触发 (9)3.8.3单时钟（沿） (9)3.8.4避免Latch (9)3.8.5单（组）信号 (9)3.9可靠性 (9)3.9.1异步处理 (9)3.9.2亚稳态 (9)3.9.3异步反馈环路 (9)3.9.4避免Lacth (10)3.10综合 (10)3.10.1综合器开关 (10)3.10.2 for语句 (10)3.10.3运算符 (10)3.10.4移位变量 (10)3.10.5 PLI和TASK (10)3.10.6不可综合的语句 (10)参考文献............................................................................................ 错误！未定义书签。

NRZ（不归零码）转换位Manchester码的verilog实现

NRZ（不归零码）转换位Manchester码的verilog实现码字转换器能够将数据流变换成⼀种已编码的格式，使接受机能够恢复数据。

接下来介绍四种常⽤的串⾏编码⽅法。

如果⾮归零码（NRZ）格式的数据流中，没有1或0的长序列，那么采⽤锁相环电路PLL就可以从该线数据中恢复出时钟（即将其⾃⾝与数据时钟同步）；如果⾮归零反转码（NRZI）或者归零码（RZ）格式的数据流中不存在0的长序列，时钟就可以从数据流中恢复出来。

由于曼彻斯特（Manchester）码从数据中恢复时钟时与数据⽆关，因⽽很有吸引⼒，不过它需要更⼤的带宽。

⾸先给出Mealy型状态机表⽰的转换器代码及其测试代码/*Mealy型状态机输出不仅与当前状态有关，还与输⼊有关*/module NRZ_to_Manchester_Mealy(output reg B_out,input B_in, clk, reset_b);parameter S_0=2'd0,S_1=2'd1,S_2=2'd2,dont_care_state=2'bx,dont_care_out=1'bx;reg[1:0] state, next_state;always@(posedge clk or negedge reset_b)if(!reset_b)state<=S_0;elsestate<=next_state;always @(state, B_in)begin//这⾥的敏感列表最好不要包含B_in，否则会有⽆效输出//Mealy型状态机输出虽然与输⼊有关，但不⼀定因输⼊⽽变化，只会//因输⼊有不同的变化B_out=0;case(state)S_0:if(B_in)beginB_out=1;next_state=S_1;endelsenext_state=S_2;S_1:next_state=S_0;S_2:beginnext_state=S_0;B_out=1;enddefault:beginnext_state=dont_care_state;B_out=dont_care_out;endendcaseendendmodule测试代码：module NRZ_to_Manchester_Mealy_tb;reg clk, reset_b;reg B_in;wire B_out;reg count;initial beginclk=0;reset_b=1;B_in=0;count=0;#20 reset_b=0;#10 reset_b=1;#10000 $finish;endinitial begin$dumpfile("dump.lxt");$dumpvars(0,NRZ_to_Manchester_Mealy_tb);endinitialforever #10 clk=!clk;always @(posedge clk)count=count+1;always @(negedge clk)if(count)B_in={$random}%2;NRZ_to_Manchester_Mealy uut(.B_out(B_out),.B_in(B_in),.clk(clk),.reset_b(reset_b));endmodule对于Moore型状态机所表⽰的转换器，输出只与状态有关，⽽与输⼊⽆关。

verilog标准三段式状态机写法

verilog标准三段式状态机写法标准三段式状态机是一种常用的硬件描述语言，用于设计和实现数字电路中的状态机。

它将状态机分为三个部分：状态寄存器、状态转移逻辑和输出逻辑。

以下是关于verilog标准三段式状态机的相关参考内容。

1. 状态寄存器：状态寄存器用于存储状态机的当前状态。

通常使用一个二进制寄存器或者一个集合的寄存器位来表示不同的状态。

Verilog中可以使用reg类型定义一个寄存器，然后使用case语句来描述状态的变化。

例如：```verilogreg [2:0] state; // 定义一个3位的状态寄存器always @(posedge clk) begincase (state)3'b000: state <= 3'b001; // 状态0转变为状态13'b001: state <= 3'b010; // 状态1转变为状态23'b010: state <= 3'b011; // 状态2转变为状态33'b011: state <= 3'b000; // 状态3转变为状态0endcaseend```2. 状态转移逻辑：状态转移逻辑决定了状态机在不同的输入条件下如何切换状态。

通常使用组合逻辑电路（如门电路和表决电路）来实现状态转移逻辑。

Verilog中可以使用always @(state)来监听状态寄存器的变化，并使用if-else语句来描述状态的切换。

```verilogalways @(state) beginif (state == 3'b000)next_state = 3'b001;else if (state == 3'b001)next_state = 3'b010;else if (state == 3'b010)next_state = 3'b011;else if (state == 3'b011)next_state = 3'b000;end```3. 输出逻辑：输出逻辑用于根据当前状态产生相应的输出。

verilog 状态机写法

状态机是一种用于实现特定顺序逻辑的硬件设计方法。

在Verilog中，状态机通常通过定义不同的状态和状态迁移来实现。

以下是状态机在Verilog中的基本写法：1. 定义状态：首先，需要定义状态机的状态。

状态可以用整数或符号表示。

```verilogmodule state_machine (input clk,input rst,// 其他输入信号output reg [1:0] state // 输出状态);```2. 状态迁移：定义状态机的状态迁移逻辑。

这通常包括两个部分：状态转移条件和转移输出。

- 状态转移条件：描述当前状态和输入信号之间的关系，用于确定状态机何时迁移到哪个新状态。

```verilogalways @(posedge clk) beginif (rst) beginstate <= 0; // 初始化状态end else begin// 状态迁移条件state <= next_state;endend```- 转移输出：描述状态机在新状态下的输出信号。

```verilogalways @(posedge clk) beginif (rst) beginstate <= 0; // 初始化状态end else begin// 状态迁移条件state <= next_state;// 状态机在新状态下的输出output_signal = next_output_signal;endend```3. 循环结构：如果状态机需要在一个状态中执行一系列操作，可以使用循环结构（如for循环、while循环等）。

```verilogalways @(posedge clk) beginif (rst) beginstate <= 0; // 初始化状态end else begin// 状态迁移条件state <= next_state;// 循环执行的操作for (integer i = 0; i < 4; i = i + 1) begin// 状态机在新状态下的输出output_signal = next_output_signal;endendend```4. 描述输入和输出信号：根据状态机的需求，定义输入和输出信号。

EDA技术实用教程Verilog四版第8章

第8章有限状态机设计技术有限状态机及其设计技术是实用数字系统设计中的重要组成部分，也是实现高效率、高可靠和高速控制逻辑系统的重要途径。

广义而论，只要是涉及触发器的电路，无论电路大小，都能归结为状态机。

因此，对于数字系统设计工程师，面对的只要是时序电路设计，状态机的概念则是必须贯穿于整个设计始终的最基本的设计思想和设计方法论；只有从电路状态的角度去考虑，才能从根本上把握可靠，高效的时序逻辑的设计关键。

在现代数字系统设计中，状态机的设计对系统的高速性能、高可靠性、稳定性都具有决定性的作用。

读者对于此章的学习必须给于高度的关注。

有限状态机应用广泛，特别是对那些操作和控制流程非常明确的系统设计，在数字通信领域、自动化控制领域、CPU设计领域以及家电设计领域都拥有重要的和不可或缺的地位。

尽管到目前为止，有限状态机的设计理论并没有增加多少新的内容，然而面对先进的EDA工具、日益发展的大规模集成电路技术和强大的硬件描述语言，有限状态机在其具体的设计和优化技术以及实现方法上却有了许多新的内容和新的实现方法。

本章重点介绍用Verilog设计不同类型有限状态机的方法，同时考虑EDA工具和设计实现中许多必须重点关注的问题，如优化、毛刺的处理及编码方式等方面的问题。

8.1 Verilog状态机的一般形式就理论而言，任何时序模型都可以归结为一个状态机。

如只含一个D触发器的二分频电路或一个普通的4位二进制计数器都可算作一个状态机；前者是两状态型状态机，后者是16状态型状态机，都属于一般状态机的特殊形式。

但这些并非出自明确的自觉的设计目的和合理的状态机设计方案而导致的时序模块，未必能成为一高速、高效、稳定、控制流畅、修改便捷和功能目标明确的真正意义上的状态机。

基于现代数字系统设计技术自觉意义上的状态机的HDL表述形态和表述风格具有一定的典型性和格律化。

正是据此，现代EDA的综合器能从不同表述形态的HDL程序中轻易地萃取出（Extract）状态机设计，并加以多侧面多目标和多种形式的优化；甚至还能能动地改变、脱离甚至不遵从设计程序文字上的表述，而按照综合器自己的方式去优化状态机的设计。

verilog状态机的三种写法

verilog状态机的三种写法1，单always块结构(⼀段式)：always @(posedge clk ) begincase(FSM)st0；beginout0;//输出if(case0) FSM<=st1;//状态转移endst1；beginout1;//输出if(case0) FSM<=st2;//状态转移end……default:endcaseend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) begincurrent_state<=next_state;end//组合逻辑，包括转移条件以及状态内容（即输出）always @ (*) begincase(current_state)st0:beginout0;if(case0) FSM=st1; //组合逻辑使⽤阻塞语句endst1:beginout1;if(case1) FSM=st2;end……endcaseend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) beginif(!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) begincase(current_state)s1:if(……) next_state=s2;//组合逻辑，采⽤阻塞赋值……endcaseend//第三个always块，时序逻辑，描述输出always @ (posedge clk negedge rst_n) begincase(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:……endcaseend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。

verilog casez语句

verilog casez语句Verilog中的casez语句是一种用于多路选择的条件语句，它根据输入信号的取值选择执行不同的操作。

在本文中，我们将列举一些使用casez语句的示例，以便更好地理解其用法和功能。

1. 实现一个4位二进制计数器下面是一个使用casez语句实现的4位二进制计数器的示例代码：```verilogmodule binary_counter(input wire clk,input wire reset,output wire [3:0] count);reg [3:0] counter;always @(posedge clk) beginif (reset)counter <= 4'b0000;else begincasez(counter)4'b0000: counter <= 4'b0001;4'b0001: counter <= 4'b0010;4'b0010: counter <= 4'b0011;4'b0011: counter <= 4'b0100;4'b0100: counter <= 4'b0101;4'b0101: counter <= 4'b0110;4'b0110: counter <= 4'b0111;4'b0111: counter <= 4'b1000;4'b1000: counter <= 4'b1001;4'b1001: counter <= 4'b0000;default: counter <= 4'b0000;endcaseendendassign count = counter;endmodule```在这个例子中，根据计数器的当前值，使用casez语句选择下一个计数器的值。

verilog状态机

基于Verilog应用2007-09-18 16:25:19 来源：电子技术应用关键字：可编程逻辑器件Verilog HDL FIFO FSM随着数字时代的到来，数字技术的应用已经渗透到了人类生活的各个方面。

数字系统的发展在很大程度上得益于器件和集成技术的发展，著名的摩尔定律（Moore's Law）的预言也在集成电路的发展过程中被印证了，数字系统的设计理念和设计方法在这过程中发生了深刻的变化。

从电子CAD、电子CAE到电子设计自动化（EDA），随着设计复杂程度的不断增加，设计的自动化程度越来越高。

目前，EDA技术作为电子设计的通用平台，逐渐向支持系统级的设计发展；数字系统的设计也从图形设计方案向硬件描述语言设计方案发展。

可编程器件在数字系统设计领域得到广泛应用，不仅缩短了系统开发周期，而且利用器件的现场可编程特性，可根据应用的要求对器件进行动态配置或编程，简单易行地完成功能的添加和修改。

在现代工业的发展中，实时测控系统得到广泛应用，这就对高速数字信号处理系统提出了更高的要求。

因为要涉及大量的设计，为了提高运算速度，应用了大量DSP器件。

数字采集系统是整个系统的核心部分之一，传统方法是应用MCU或DSP通过软件控制数据采集的模/数转换，这样必将频繁中断系统的运行从而减弱系统的数据运算，数据采集的速度也将受到限制。

因此，DSP+CPLD的方案被认为是数字信号处理系统的最优方案之一，由硬件控制模/数转换和数据存储，从而最大限度地提高系统的信号采集和处理能力。

1 系统总体方案数据采集系统是基于DSP的信号处理系统中的一部分。

框图如图1所示。

该数字信号处理系统用于随机共振理论在弱信号检测中的应用研究中。

整个系统由信号放大、信号滤波、信号采样、高速数字信号处理、与主计算机的高速数据传输接口等部分组成。

其中，信号放大是对输入信号进行调理以满足采样的要求；信号滤波是防止信号产生“混叠现象”；信号采样是完成模拟信号的数字化；高速数字信号处理是在建立随机共振模型的基础上完成各种算法；与主计算机的高速数据传输接口是满足信号检测的实时性，将DSP处理的数据传给计算机以进行进一步的处理。

Verilog 的有限状态机

基于Verilog HDL的有限状态机1.有限状态机1.1 概述有限状态机是指输出取决于过去输入部分和当前输入部分的时序逻辑电路。

有限状态机又可以认为是组合逻辑和寄存器逻辑的一种组合。

状态机特别适合描述那些发生有先后顺序或者有逻辑规律的事情，其实这就是状态机的本质。

状态机就是对具有逻辑顺序或时序规律的事件进行描述的一种方法在实际的应用中根据状态机的输出是否与输入条件相关，可将状态机分为两大类，即摩尔 (Moore)型状态机和米勒 (Mealy) 型状态机。

图 1Mealy型状态转移图1.2 状态机的描述方法状态机的描述方法多种多样，将整个状态机写到１个always 模块里，在该模块中既描述状态转移，又描述状态的输入和输出，这种写法一般被称为一段式FSM 描述方法；还有一种写法是使用两个always模块，其中一个always 模块采用同步时序的方式描述状态转移，而另一个模块采用组合逻辑的方式判断状态转移条件，描述状态转移规律，这种写法被称为两段式FSM 描述方法；还有一种写法是在两段式描述方法的基础上发展而来的，这种写法使用3 个always模块，一个always 模块采用同步时序的方式描述状态转移，一个采用组合逻辑的方式判断状态转移条件，描述状态转移规律，第三个always 模块使用同步时序电路描述每个状态的输出，这种写法称为三段式写法。

1.3 FSM的状态编码二进制码（Binary）和格雷码（Gray）属于压缩状态编码，这种编码的优点是使用的状态向量最少，但是需要较多的逻辑资源用来状态译码。

二进制码从一个状态转换到相邻状态时，可能有多个比特位发生变化，易产生中间状态转移问题，状态机的速度也要比采用其它编码方式慢。

格雷码两个相邻的码值仅有一位就可区分，这将会减少电路中相邻物理信号线同时变化的情况，因而可以减少电路中的电噪声。

Johnson码也有同样的特点，但是要用较多的位数。

独热码（One-hot）指对任意给定的状态，状态寄存器中只有l位为1，其余位都为0。