verilog FPGA 状态机描述

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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的三种描述方式

Verilog的三种描述方式Verilog是一种硬件描述语言（HDL），用于描述数字电路和系统。

它是一种高级语言，允许工程师以更高层次的抽象来描述电路，从而简化了电路设计和验证过程。

Verilog有三种主要的描述方式，分别是结构描述、行为描述和数据流描述。

本文将详细介绍这三种描述方式，并分析它们的特点和适用场景。

1. 结构描述结构描述是Verilog的一种描述方式，它通过层次结构和模块之间的连接关系来描述电路。

在结构描述中，我们可以使用模块、端口、电路连接和实例化等概念来描述电路的组成和连接方式。

结构描述类似于画出电路图，只需要关注电路的结构和连接关系，而不需要考虑电路的具体功能。

结构描述的语法如下所示：module ModuleName (input wire A, input wire B, output wire C);// 输入端口定义// 输出端口定义// 内部信号定义// 子模块实例化// 逻辑实现endmodule结构描述的特点是清晰明了，易于理解和调试。

通过模块化的设计和层次结构，可以方便地对电路进行分析和调试。

结构描述适用于需要详细描述电路结构和连接关系的场景，比如设计一个复杂的处理器或系统。

2. 行为描述行为描述是Verilog的另一种描述方式，它通过描述电路的功能和行为来实现对电路的描述。

行为描述使用类似于编程语言的语法，可以使用条件语句、循环语句和顺序语句等来描述电路的行为。

在行为描述中，我们可以直接使用Verilog的语法来描述电路的逻辑功能，而不需要关注电路的结构和连接关系。

行为描述的语法如下所示：module ModuleName (input wire A, input wire B, output wire C);// 输入端口定义// 输出端口定义// 内部信号定义// 逻辑实现always @ (A or B) begin// 行为描述endendmodule行为描述的特点是灵活性高，可以方便地实现复杂的逻辑功能。

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。

fpga 有限状态机例子

fpga 有限状态机例子有限状态机（Finite State Machine，FSM）是一种常见的设计模式，用于描述和实现具有有限数量状态的对象的行为。

在硬件设计中，有限状态机常常用于描述数字逻辑电路的行为。

以下是一个使用Verilog语言编写的简单有限状态机的例子：verilog复制代码module counter(input clk, reset, output reg [3:0] count);// 定义状态机的状态parameter IDLE = 4'b0000; // 初始状态parameter COUNTER = 4'b0001; // 计数状态// 状态机的当前状态reg [3:0] current_state;// 状态转移逻辑always @(posedge clk or posedge reset) begin if (reset) begincurrent_state <= IDLE; // 如果reset信号为高，则进入IDLE状态end else begincase (current_state)IDLE: beginif (count == 4'b1000) current_state <= COUNTE R; // 如果计数达到8，则进入COUNTER状态endCOUNTER: begincurrent_state <= IDLE; // 在COUNTER状态下，计数完成后回到IDLE状态enddefault: begincurrent_state <= IDLE; // 如果状态机处于未知状态，则强制回到IDLE状态endendcaseendend// 计数逻辑always @(posedge clk) beginif (current_state == COUNTER) count <= count + 1; // 在COUNTER状态下，计数器递增endendmodule在这个例子中，我们定义了一个简单的4位计数器。

Verilog三段式状态机描述

end
end
同样的状态机也可以用下面的代码以“One hot”编码方式实现。
// These are the symbolic names for states
// 定义状态的符号名称
parameter [1:0]
S0 = 2'h0,
S1 = 2'h1,
S2 = 2'h2,
Verilog三段式状态机描述
时序电路的状态是一个状态变量集合，这些状态变量在任意时刻的值都包含了为确定电路的未来行为而必需考虑的所有历史信息。
状态机采用VerilogHDL语言编码，建议分为三个always段完成。
三段式建模描述FSM的状态机输出时，只需指定case敏感表为次态寄存器，然后直接在每个次态的case分支中描述该状态的输出即可，不用考虑状态转移条件。
case (state)
S0: begin
if (x) begin
next_state = S1;
end
else begin
next_state = S2;
end
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
//第二个进程，组合逻辑always模块，描述状态转移条件判断
end
endcase
end
always @ (posedge clk or posedge reset)
begin

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。

verilog 状态机写法

verilog 状态机写法在Verilog中，有几种常用的状态机写法，包括Mealy状态机、Moore状态机和通用状态机。

下面简要介绍每种写法的特点：Mealy状态机：输出依赖于当前状态和输入信号。

输出的变化可以与状态的变化同步。

Verilog代码示例：module MealyFSM (input logic clk,input logic reset,input logic input_signal,output logic output_signal);enum logic [2:0] states;logic [2:0] current_state, next_state;always_ff @(posedge clk or posedge reset) beginif (reset)current_state <= states[0];elsecurrent_state <= next_state;endalways_comb begincase (current_state)states[0]: begin // State 0if (input_signal)next_state = states[1];elsenext_state = states[0];output_signal = input_signal & next_state[0]; // Output depends on current state and input signalendstates[1]: begin // State 1if (input_signal)next_state = states[0];elsenext_state = states[1];output_signal = input_signal | next_state[0]; // Output depends on current state and input signalend// Add more states and conditions as neededendcaseendEndmoduleMoore状态机：输出只依赖于当前状态。

描述时序逻辑电路的方法

描述时序逻辑电路的方法时序逻辑电路是数字电路中的一种重要类型，它能够根据输入信号的时序关系产生特定的输出序列。

本文将介绍描述时序逻辑电路的方法。

一、引言时序逻辑电路是由时钟信号驱动的，它对输入信号的变化时间进行检测，并根据时钟信号的边沿触发产生相应的输出。

这种电路常用于计数器、状态机等应用中，可以实现各种复杂的功能。

二、状态图描述法状态图是描述时序逻辑电路工作过程的一种图形化表示方法。

它由状态和状态之间的转移组成，每个状态表示电路的某种特定状态，而状态之间的转移表示电路在不同状态之间的切换。

三、状态表描述法状态表是描述时序逻辑电路工作过程的一种表格形式。

它列出了电路的所有状态及其对应的输入和输出情况，可以清晰地表示电路的功能逻辑。

四、波形图描述法波形图是描述时序逻辑电路输入输出信号随时间变化的图形表示方法。

通过绘制输入输出信号的波形图，可以直观地观察和分析电路的工作过程。

五、RTL描述法RTL（Register Transfer Level）是一种描述时序逻辑电路的硬件描述语言。

它通过使用寄存器之间的数据传输来描述电路的功能和逻辑，可以方便地进行电路的仿真和综合。

六、Verilog描述法Verilog是一种用于描述数字系统的硬件描述语言，也可以用来描述时序逻辑电路。

通过使用Verilog语言，可以方便地进行电路的设计、仿真和验证。

七、状态方程描述法状态方程是描述时序逻辑电路状态转移关系的一种数学表达式。

它由当前状态、输入和下一个状态之间的逻辑关系组成，可以通过布尔代数等方法进行分析和求解。

八、流程图描述法流程图是描述时序逻辑电路工作过程的一种图形化表示方法。

它由各个状态和状态之间的转移组成，可以清晰地表示电路的运行流程。

九、状态机描述法状态机是描述时序逻辑电路工作过程的一种数学模型。

它由状态、输入、输出和状态转移函数组成，可以用来描述电路的功能和逻辑。

十、总结时序逻辑电路是数字电路中一种重要类型，它能够根据输入信号的时序关系产生特定的输出序列。

verilog 状态机定义 -回复

verilog 状态机定义-回复如何使用Verilog定义状态机在电子设计领域中，状态机是一种常用的模型，用于描述系统在不同输入和条件下的不同状态和状态转移。

Verilog是一种硬件描述语言（HDL），广泛应用于电子设计自动化（EDA）工具以及可编程逻辑器件（如FPGA）的开发。

本文将逐步介绍如何使用Verilog定义状态机。

第一步：了解状态机的基本概念和Verilog的语法在开始使用Verilog定义状态机之前，首先需要对状态机的基本概念有一定的了解。

状态机由一组状态和状态之间的转移构成。

在Verilog中，通常使用有限状态机（FSM）来描述状态机。

Verilog的语法结构包括模块定义、端口定义、输入输出变量、内部变量、时钟和状态转移逻辑等。

第二步：定义状态和状态转移首先，需要使用Verilog定义状态。

每个状态在Verilog中都被表示为一个唯一的二进制编码。

可以使用参数或局部参数定义状态数。

例如，使用二进制`reg [1:0] state`定义一个包含4个状态的状态机。

然后，使用assign语句将每个状态与对应的二进制编码关联起来。

例如，`assign s0=2'b00;`表示状态0为二进制编码00。

接下来，需要定义状态之间的转移条件。

这可以通过使用if-else语句和逻辑运算符实现。

例如，当输入信号A为1时，从状态0转移到状态1，可以使用如下代码：`if(A==1) begin state = s1; end`。

第三步：定义时序控制在状态机中，时序控制是非常重要的，因为它决定何时进行状态转移和在特定状态下执行哪些操作。

时序控制通常使用时钟和触发器（flip-flop）实现。

在Verilog中，使用always块定义时序控制。

首先，需要定义一个时钟信号，并使用always块对时钟进行处理。

例如：`always (posedge clk) begin`表示在时钟的上升沿触发时执行always块内的逻辑。

第3章Verilog硬件描述语言-FSM设计举例

5
表1 USB与AES接口模块外部信号说明
信号名称
传输方向信号含义
clk
输入
rst
输入
load
输出
address<7：0> 输出
keyexpen keyexprdy staenc stadec encdecrdy din<15：0>
输出输入输出输出输入输出
时钟信号复位信号，1有效。数据装载使能信号，用于控制输入明/密文、密钥、S盒配置数据等，1有效。寄存器或RAM地址，用于表示明文/密文/密钥寄存器、S盒RAM单元。密钥扩展使能信号，1有效。密钥扩展完成标识信号，1有效。开始加密使能信号，1有效。开始解密使能信号，1有效。加/解密运算完成标识信号，1有效。接AES输入数据总线，用于输入明/密文、密钥、配置数据等。
SLOE、SLRD、 FIFOADR<1:0>
load、address、din、SLOE、 SLRD、FIFOADR<1:0>
load、address、din、SLOE、 SLRD、FIFOADR<1:0> 11
状态转移及控制信号取值表(续1)
当前状态
S2 S2 S3
当前输入
下一状态
密钥扩展结束 S0 密钥扩展没结束 S2 加密S盒配置结束 S0
load、address、din、SLOE、 SLRD、FIFOADR<1:0>
stadec
stadec
shift、FD<15:0>、SLWR、 FIFOADR<1:0>
shift、FD<15:0>、SLWR、
FIFOADR<1:0>

verilog状态机设计例题

verilog状态机设计例题Verilog状态机设计是数字电路设计中的重要内容，它通常用于控制系统和序列逻辑电路的设计。

在Verilog中，状态机通常使用行为级描述或者结构级描述来实现。

下面我将从例题的角度来介绍Verilog状态机设计。

假设我们要设计一个简单的2位计数器，它可以按顺序循环输出00、01、10、11、00……的计数序列。

我们可以使用Verilog来实现这个状态机。

首先，我们需要定义状态机的状态和状态转移。

在这个例子中，我们有4个状态：S0、S1、S2和S3，分别对应00、01、10、11四种计数状态。

状态转移规则如下：当当前状态为S0时，下一个状态为S1；当当前状态为S1时，下一个状态为S2；当当前状态为S2时，下一个状态为S3；当当前状态为S3时，下一个状态为S0。

接下来，我们可以使用Verilog的行为级描述来实现这个状态机。

下面是一个简单的Verilog代码示例：verilog.module counter (。

input clk, // 时钟输入。

input rst, // 复位输入。

output reg [1:0] count // 2位计数输出。

);// 定义状态。

typedef enum {S0, S1, S2, S3} state_type;reg [1:0] state, next_state;// 状态转移逻辑。

always @(posedge clk or posedge rst) begin.if (rst) begin.state <= S0; // 复位时初始状态为S0。

end.else begin.state <= next_state; // 根据下一个状态更新当前状态。

end.end.// 下一个状态逻辑。

case (state)。

S0: next_state = S1;S1: next_state = S2;S2: next_state = S3;S3: next_state = S0;default: next_state = S0;endcase.end.// 输出逻辑。

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。

System Verilog与Verilog描述状态机(FSM)之比较

情况下，Ａｃｌｒ标准组织在Ｖｅｉｇ的基础上由ｃｅｅａｌｒｏｌ
本概念，然后讨论了状态机的编码风格，最后重点比
较ＳｓｍＶｅｉｇ与Ｖｅｉｇ描述有限状态机的异ｙｔｅｒｏｌｒｏｌ同。
状态机的基本概念
ＳｓｅｙｔｍＶｅｉｇ与ｒｏｒｏｌＶｅｉｇ描述状态机（Ｓ）比较ｌＦＭ之
杨厚一，东明徐
（西安邮电学院电子与信息工程系，陕西西安７０２）１１１
摘要：由于状态机不仅是一种电路的描述工具，而且也是一种思想方法，因而在电路设计的系统级和ＲＴＬ级有着
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２００８年５月第１３卷第３期
西安邮电学院学报ＪＲＮＬＯＯＵＡＦＸＩＡＵＶＥＳＴＹＯＯＳ ’ ＮＮＩＲＩＦＰＴＡＮＤＴＬ（）ＥＥＸＭＭＵＮＩＡＯＳＣＴＩＮ
Ｍａ０８ｙ２０Ｖｏ．３Ｎ．１１ｏ３
维普资讯
第３期
杨厚一，：ｙｔ等ＳｓｅｒｏｍＶｅｌｉｇ与Ｖｒｏｅｉｇ描述状态机（Ｓ－ｌＦＭ）￣
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・
１７・０
状态机分为两大类：尔（ｏｅ型状态机和米勒摩Ｍｏｒ）
（ａ）Ｍｅｌ型状态机。ｙ
◆输出：指在某一个状态时特定发生的事件。
◆输入：状态机进入每个状态的条件，的状指有态机没有输入条件，中的状态转移较为简单；的其有状态机有输入条件，有当某个输入条件发生时才只能转移到相应的状态。根据状态机的输出是否与输入条件相关，可将

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。

verilogFPGA状态机描述

Example: 两段式状态机描述方法（推荐）
State idle decision
Outputs oe we 00 00
Reset
idle 00
rdy
rdy
rdy
decision
r_w 00
r_w
write 01
read 10
write
01
rdy
rdy
read
10
decision: begin
{oe,we} = 2’b00;
idle_output;
if ( rdy)
//output tasks
next_state = decision ;
task idle_output;
else
{oe,we} = 2’b00;
next_state = idle ;
endtask
end
task decision_output;
decision: begin
else next_state = read;
end write: begin
{oe,we} = 2’b01;
if ( rdy)
//combinational block
next_state = idle ;
always @(reset or present_state or rdy or r_w)
next_state = idle ;
// sequential state transition always @ (posedge clock or negedge reset )
if ( !reset ) present_state <= idle ;
else present_state <= next_state ;

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3-4
3-3
三段式状态机描述（推荐编码） Example: 三段式状态机描述（推荐编码）
module state_machine (clock, reset, rdy, r_w, oe, we); input clock, reset; input rdy, r_w; output oe,we; reg oe,we; reg [3,0] present_state, next_state; parameter idle =4’b0001, decision=4’b0010; read=4’b0100, write=4’1000; // sequential state transition always @ (posedge clock or negedge reset ) if ( ! reset ) present_state <= idle ; else present_state <= next_state ; read: begin if ( rdy) next_state = idle ; else next_state = read; end write: begin if ( rdy) next_state = idle ; else next_state = write ; end default: begin next_state = 4’bx ; end endcase //combinational block always @(reset or present_state or rdy or r_w) end //end always begin begin //Registered output case (present_state) always @ (posedge clock or idle: begin negedge reset ) if ( rdy) if ( ! reset ) next_state = decision ; {oe,we} <= 2’b00 else else next_state = idle ; begin end case(next_state) decision: begin idle: {oe,we} <= 2’b00 ; if ( r_w) decision: {oe,we} <= 2’b00; next_state = read ; read: {oe,we} <= 2’b10; else write: {oe,we} <= 2’b01; next_state = write ; endcase end end endmodule;
两段式状态机描述使用task 推荐编码） task（ Example: 两段式状态机描述使用task（推荐编码）
module state_machine (clock, reset, rdy, r_w, oe, we); input clock, reset; input rdy, r_w; output oe,we; reg oe,we; reg [3,0] present_state, next_state; parameter idle =4’b0001, decision=4’b0010; read=4’b0100, write=4’1000; // sequential state transition always @ (posedge clock or negedge reset ) if ( ! reset ) present_state <= idle ; else present_state <= next_state ; read: begin read_output;

if ( rdy) next_state = idle ; else next_state = read; end write: begin write_output; if ( rdy) next_state = idle ; else next_state = write ; end default: begin idle_output; //combinational block next_state = 4’bx ; always @(reset or present_state or rdy or r_w) end begin endcase case(present_state) end //end always begin idle: begin idle_output; //output tasks if ( rdy) task idle_output; next_state = decision ; {oe,we} = 2’b00; else endtask next_state = idle ; task decision_output; end decision: begin {oe,we} = 2’b00; endtask decision_output; task read_output; if ( r_w) {oe,we} = 2’b10; next_state = read ; endtask else next_state = write ; task write_output; end {oe,we} = 2’b01; endtask endmodule;
rdy
rdy
decision: begin {oe,we} = 2’b00; if ( r_w) next_state = read ; else next_state = write ; end read: begin {oe,we} = 2’b10;
module state_machine (clock, reset, rdy, r_w, oe, we); input clock, reset; input rdy, r_w; output oe,we; reg oe,we; reg [3,0] present_state, next_state; parameter idle =4’b0001, decision=4’b0010; read=4’b0100, write=4’1000; // sequential state transition always @ (posedge clock or negedge reset ) if ( !reset ) present_state <= idle ; else present_state <= next_state ;
3.5 状态机描述方法
Example: 一段式状态机描述方法
module Mealy_state_machine (clock, reset, A, K2, K1 ); input clock, reset, A; output K2, K1; reg K2, K1; reg [1,0] state; parameter idle =2’b00, start =2’b01; ’ ’ stop: begin stop =2’b10, clear =2’11; if ( A ) begin always @(posedge clock or negedge reset) state <= clear; if (!reset) K2 <= 1; begin end state <= idle; {K2,K1} <= 2’b00; else state <= stop; end end else case (state) clear: begin idle: begin if ( !A) begin if ( A) begin state <= idle ; state <= start ; {K2,K1} <= 2’b01; K1 <= 0; end end else state <= clear ; else end state <= idle ; endcase end endmodule start: begin if ( !A) state <= stop ; else state <= start ; end
3-1
Example: 两段式状态机描述方法（推荐）描述方法（推荐）
Outputs State idle decision write read oe 0 0 0 1 we 0 0 1 0
write 01
Reset
idle 00
rdy r_w
rdy
decision 00
rdy r_w
read 10
if ( rdy) next_state = idle ; else next_state = read; end write: begin {oe,we} = 2’b01; if ( rdy) next_state = idle ; //combinational block else always @(reset or present_state or rdy or r_w) next_state = write ; begin end case (present_state) default: begin idle: begin {oe,we} = 2’b00; {oe,we} = 2’b00; next_state = 4’bx ; if ( rdy) end next_state = decision ; endcase else end // end always begin3-2 next_state = idle ; endmodule; end

verilog FPGA 状态机描述

verilog 状态机 最佳写法

基于Verilog 的有限状态机设计

verilog的三种描述方式

verilog奇偶分频、一段式、两段式、三段式状态机

最新FPGA状态机学习笔记(verilog)资料

fpga 有限状态机例子

Verilog三段式状态机描述

verilog的三种描述方式

verilog三段式状态机格式

verilog 状态机写法

描述时序逻辑电路的方法

verilog 状态机定义 -回复

第3章Verilog硬件描述语言-FSM设计举例

verilog状态机设计例题

verilog标准三段式状态机写法

verilog 状态机 写法

System Verilog与Verilog描述状态机(FSM)之比较

verilog状态机

Verilog 的有限状态机

verilogFPGA状态机描述

verilog 状态机最佳写法

verilog 状态机写法