2014.9摩尔及米利型状态机的VerilogHDL描述方法
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。
verilog语言设计Moore型状态转换机
数字电子技术基础可编程逻辑器件大作业Moore型状态转换机班级：0906101学号：1090610106姓名：康代涛1. Moore型状态转换机1.1设计目的与要求利用Verilog HDL设计一个电路，对输入的一串二进制数，用于检测序列中连续2个或者2个以上的1，状态转换如图1，图2所示图1 Moore型状态转换机状态转换图图2 Moore型状态转换机状态转换表1.2 Verilog HDL源代码module Statetable(clk,op,ip);input clk,ip;output op;reg op;reg[1:0] current_state,next_state;parameter S0=2'b00,S1=2'b01,S2=2'b10,S3=2'b11;always@(posedge clk)beginif(ip==0) current_state=S0;else current_state<=next_state;endalways@(current_state or ip)begincase(current_state)S0:beginop=0;if(ip==0) next_state=S0;else next_state=S1;endS1:beginop=0;if(ip==0) next_state=S0;else next_state=S2;endS2:beginop=0;if(ip==0) next_state=S0;else next_state=S3;endS3:beginop=1;if(ip==0) next_state=S3;else next_state=S0;enddefault:beginop=0;next_state=S0;endendcaseendendmodule1.2仿真原理图Moore型状态转换机的仿真原理图如图3所示图3 Moore型状态转换机的仿真原理图1.3仿真状态转换图Moore型状态转换机的仿真状态转换图如图6所示图4 Moore型状态转换机的仿真状态转换图1.4仿真波形图Moore型状态转换机的仿真状态波形图如图5所示图5 Moore型状态转换机的仿真状态波形图2设计总结本次设计利用Verilog HDL设计一个电路，对输入的一串二进制数，用于检测序列中连续2个或者2个以上的1。
Verilog HDL使用简介
Shandy @ IME of Tsinghua Univ. 2004
什么是Verilog HDL?
Verilog HDL是一种硬件描述语言，用于从算 法级、结构级、门级到开关级的多种抽象设计 层次的数字系统建模。
被建模的数字系统对象的复杂性可以介于开关
级电路（例如pmos/nmos）、简单的门（例如 库单元描述）和完整的复杂电子数字系统之间 （例如CPU）
Top = 3'b001; #2 Top = 3'b011 ;
end
在Verilog HDL中有两种形式的注释： /*第一种形式:可以扩展至 多行*/ //第二种形式:在本行结束。
Shandy @ IME of Tsinghua Univ. 2004
Verilog HDL语法 － 值集合
Verilog HDL有下列四种基本的值：
Verilog HDL使用简介
张建良 shandy98@
数字大规模集成电路讲义
Shandy @ IME of Tsinghua Univ. 10/11/2004
提纲
什么是Verilog HDL? Verilog HDL vs. VHDL Verilog HDL语法 设计描述层次 设计的测试与验证 可综合的设计 有限状态机（FSM) 一个除法器的设计实例 常用仿真器和综合软件 网络资源
1) 0：逻辑0或“假”
2) 1：逻辑1或“真” 3) x：未知 4) z：高阻 在门或一个表达式的输入中有为“z”的值则输出通常解释成“x”。 此外， x值和z值都是不分大小写的。 Verilog HDL中的常量是由以上这四类基本值组成的。
Shandy @ IME of Tsinghua Univ. 2004
Verilog HDL代码描述对状态机综合的研究
1 引言Verilog HDL作为当今国际主流的HDL语言,在芯片的前端设计中有着广泛的应用。
它的语法丰富,成功地应用于设计的各个阶段：建模、仿真、验证和综合等。
可综合是指综合工具能将Verilog HDL代码转换成标准的门级结构网表,因此代码的描述必须符合一定的规则。
大部分数字系统都可以分为控制单元和数据单元两个部分,控制单元的主体是一个状态机,它接收外部信号以及数据单元产生的状态信息,产生控制信号,因而状态机性能的好坏对系统性能有很大的影响。
有许多可综合状态机的Verilog代码描述风格,不同代码描述风格经综合后得到电路的物理实现在速度和面嫌泻艽蟛畋稹Ｓ判愕拇朊枋鲇Φ币子谛薷摹⒁子诒嘈春屠斫?有助于仿真和调试,并能生成高效的综合结果。
2 有限状态机有限状态机(Finite State Machine,FSM)在数字系统设计中应用十分广泛。
根据状态机的输出是否与输入有关,可将状态机分为两大类：摩尔(Moore)型状态机和米莉(Mealy)型状态机。
Moore型状态机的输出仅与现态有关;Mealy型状态机的输出不仅与现态有关,而且和输入也有关。
图1是有限状态机的一般结构图,它主要包括三个部分,其中组合逻辑部分包括状态译码器和输出译码器,状态译码器确定状态机的下一个状态,输出译码器确定状态机的输出,状态寄存器属于时序逻辑部分,用来存储状态机的内部状态。
图1 状态机的结构框图2.1 好的状态机标准好的状态机的标准很多,最重要的几个方面如下：第一,状态机要安全,是指FSM不会进入死循环,特别是不会进入非预知的状态,而且由于某些扰动进入非设计状态,也能很快的恢复到正常的状态循环中来。
这里面有两层含义。
其一要求该FSM的综合实现结果无毛刺等异常扰动,其二要求FSM要完备,即使受到异常扰动进入非设计状态,也能很快恢复到正常状态。
第二,状态机的设计要满足设计的面积和速度的要求。
第三,状态机的设计要清晰易懂、易维护。
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 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。
FPGA Verilog HDL 设计实例系列连载--------有限状态机设计
数字系统有两大类有限状态机（Finite State Machine，FSM）：Moore状态机和Mealy 状态机。
Moore状态机其最大特点是输出只由当前状态确定，与输入无关。
Moore状态机的状态图中的每一个状态都包含一个输出信号。
这是一个典型的Moore状态机的状态跳转图，x、y、z是输入，a、b、c是输出。
Mealy状态机它的输出不仅与当前状态有关系，而且与它的输入也有关系，因而在状态图中每条转移边需要包含输入和输出的信息。
状态编码数字逻辑系统状态机设计中常见的编码方式有：二进制码（Binary码）、格雷码（Gray 码）、独热码（One-hot码）以及二一十进制码（BCD码）。
格雷码的特点：相邻的两个码组之间仅有一位不同。
普通二进制码与格雷码之间可以相互转换。
二进制码转换为格雷码：从最右边一位起，一次与左边一位“异或”，作为对应格雷码该位的值，最左边的一位不变（相当于最左边是0）。
格雷码转换为二进制码：从左边第二位起，将每一位与左边一位解码后的值“异或”，作为该解码后的值（最左边的一位依然不变）。
独热码又分为独热1码和独热0码，是一种特殊的二进制编码方式。
当任何一种状态有且仅有一个1时，就是独热1码，相反任何一种状态有且仅有一个0时，就是独热0码。
状态机的描述状态机有三种描述方式：一段式状态机、两段式状态机、三段式状态机。
下面就用一个小例子来看看三种方式是如何实现的。
（各种图片，各种坑爹啊 - -！）一段式状态机当把整个状态机卸载一个always模块中，并且这个模块既包含状态转移，又含有组合逻辑输入/输出时，称为一段式状态机。
不推荐采用这种状态机，因为从代码风格方面来讲，一般都会要求把组合逻辑和时序逻辑分开；从代码维护和升级来说，组合逻辑和书序逻辑混合在一起不利于代码维护和修改，也不利于约束。
1.//一段式状态机来实现：在异步复位信号的控制下，一段式状态机进入IDLE2.//状态，q_sig4被复位，一旦sig1或者sig2有效，状态机进入WAIT状态，如果3.//sig1和sig2同时有效，那么状态机进入DONE状态，4.//如果sig4还有效，那么q_sig4置位，同时状态机进入IDLE状态。
2014.9摩尔及米利型状态机的VerilogHDL描述方法
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 endendmodule in=0/out=1。
verilog hdl不同级别的描述
verilog hdl不同级别的描述
Verilog HDL是一种硬件描述语言，用于描述数字电路和系统的行为、结构和实现。
它支持从算法级到门级的不同级别的描述，以满足不同规模设计的需要。
以下是Verilog HDL不同级别的描述：
算法级描述：算法级描述是最高级别的描述，主要关注算法和数据流的行为。
在算法级描述中，设计者使用过程块（如always、initial等）和连续赋值语句（如assign）来描述信号的行为和变化。
这种描述方法主要用于设计和描述复杂的控制逻辑和算法。
寄存器传输级（RTL）描述：RTL描述是一种中间级别的描述，介于算法级和门级之间。
它关注于寄存器传输的控制逻辑，包括数据路径和控制逻辑。
在RTL描述中，设计者使用连续赋值语句来描述信号的行为，并使用组合逻辑和触发器来定义寄存器、移位器等基本元件的行为。
这种描述方法主要用于设计和描述具有大量寄存器和控制逻辑的数字系统。
门级描述：门级描述是最低级别的描述，主要关注电路元件和连线。
在门级描述中，设计者使用Verilog HDL的内置元件（如AND、OR、NOT等）来描述电路的基本元件和连线。
这种描述方法主要用于设计和描述简单的组合逻辑电路和时序逻辑电路。
除了以上三种级别的描述外，Verilog HDL还支持混合级别的描述，即将不同级别的描述混合在一起使用。
例如，可以在算法级描述中定义一个模块的接口，然后在RTL 或门级描述中实现该模块的具体逻辑。
这种混合级别的描述方法可以使设计更加灵活和
模块化，并方便实现模块重用和层次化设计。
第4章-Verilog-HDL的描述方式
1.6 门的延时
可以使用门时延定义门从任何输入到其输出的信号传 输时延。门时延可以在门自身实例语句中定义。带有 时延定义的门实例语句的语法如下： gate_type [delay] [instance_name] (terminal_list) ;
时延规定了门时延，即从门的任意输入到输出的传输 时延。当没有强调门时延时，缺省的时延值为0。
[instance_name2] (term1, term2, ..., termN) ， [instance_name3] (term1, term2, ..., termN)， [instance_name4] (term1, term2, ..., termN) ;
1.2 多输入门
内置的多输入门包括: and nand nor or xor xnor 这些逻辑门只有单个输出， 1个或多个输入。门实例语句
pmos ( p类型MOS管)、nmos ( n类型MOS管)，rnmos ( r代表电阻)和rpmos 开关有一个输出、一个输入和一个控制输入，例如： rnmos RN1 (ControlBit, ReadyBit, Hold) ;
cmos (mos互补)和rcmos (cmos的高阻态版本)开关有一个数据输出，一个 数据输入和两个控制输入。例如： (r)cmos [instance _name] (OutputA, InputB, NControl, PControl);
参考答案
module Parity_9_Bit(D,Even, Odd); input [0:8] D; output Even, Odd; xor
XE0(E0,D[0],D[1]), XE1(E1,D[2],D[3]), XE2(E2,D[4],D[5]), XE3(E3,D[6],D[7]), XF0(F0,E0,E1), XF1(F1,E2,E3), XH0(H0,F0,F1), XEVEN(Even,D[8], H0); not XODD(Odd,Even); endmodule
第3章 Verilog HDL的基本语法
3.1.1 VerilogHDL设计风格 1.VerilogHDL功能描述方式
VerilogHDL可综合硬件逻辑电路的功能描述通常有三种 方式:结构描述方式、数据流描述方式和行为描述方式。
(1)结构描述方式也称为门级描述方式,是通过调用 VerilogHDL语言预定义的基础元件(也称为原语,即 Primitive), 比如逻辑门元件,并定义各元件间的连接关系来构建电路。 这种方式构建的电路模型综合和执行效率高,但描述效率低, 难于设计复杂数字系统。
第3章 Verilog HDL的基本语法
2.端口说明 端口说明用于说明端口列表中每个端口的位宽和输入/ 输出方向。输入/输出方向可用input、output或inout进行说明。 input输入端口说明格式为input[msb1:lsb1]端口名11,端口名 12,…;、 input[msb2:lsb2]端口名21,端口名22,…; output输出端口说明格式为 output[msb1:lsb1]端口名11,端口名12,…; output[msb2:lsb2]端口名21,端口名22,…; inout双向端口说明格式为 inout[msb1:lsb1]端口名11,端口名12,…; inout[msb2:lsb2]端口名21,端口名22,…;
第3章 Verilog HDL的基本语法
5.并行执行 作为电路建模语言,在学习 VerilogHDL时必须注意的是, 模块中的实例化语句、连续赋值语句与过程块之间是并行执 行的。这是 VerilogHDL与一般高级语言最为不同的地方。 若 Verilog模块用到了多个实例引用语句,或者多个 assign语句,或者多个always块,或者将这些语句混合使用,那 么它们的书写顺序是任意的,因为它们对仿真程序和综合程 序的执行来说是并行的。也就是说,当它们被综合器综合成 实际电路时,会形成不同的电路块,当输入信号变化时,这些电 路块在满足延时的条件下同时动作,是并行执行的。 但是,需要明确的是,always块内部的高级抽象描述语句 是按顺序执行的。因为“if…else…”这样的语句若不按顺序 执行,其功能就没有任何意义。
VerilogHDL
VerilogHDLVerilog HDL基本程序结构⽤Verilog HDL描述的电路设计就是该电路的Verilog HDL模型，也称为模块，是Verilog 的基本描述单位。
模块描述某个设计的功能或结构以及与其他模块通信的外部接⼝，⼀般来说⼀个⽂件就是⼀个模块，但并不绝对如此。
模块是并⾏运⾏的，通常需要⼀个⾼层模块通过调⽤其他模块的实例来定义⼀个封闭的系统，包括测试数据和硬件描述。
⼀个模块的基本架构如下：module module_name (port_list)//声明各种变量、信号reg //寄存器wire//线⽹parameter//参数input//输⼊信号output/输出信号inout//输⼊输出信号function//函数task//任务……//程序代码initial assignmentalways assignmentmodule assignmentgate assignmentUDP assignmentcontinous assignmentendmodule说明部分⽤于定义不同的项，例如模块描述中使⽤的寄存器和参数。
语句⽤于定义设计的功能和结构。
说明部分可以分散于模块的任何地⽅，但是变量、寄存器、线⽹和参数等的说明必须在使⽤前出现。
⼀般的模块结构如下：module <模块名> (<端⼝列表>)<定义><模块条⽬>endmodule其中，<定义>⽤来指定数据对象为寄存器型、存储器型、线型以及过程块。
<模块条⽬>可以是initial结构、always结构、连续赋值或模块实例。
下⾯给出⼀个简单的Verilog模块，实现了⼀个⼆选⼀选择器。
例2-1 ⼆选⼀选择器（见图2-1）的Verilog实现图2-1 例2-1所⽰的⼆选⼀电路module muxtwo(out, a, b, s1);input a, b, s1;output out;reg out;always @ (s1 or a or b)if (!s1) out = a;else out = b;endmodule模块的名字是muxtwo，模块有４个端⼝：三个输⼊端⼝a、b和s1，⼀个输出端⼝out。
verilog状态机的分类及编写方式
verilog状态机的分类及编写⽅式本节主要谈⼀谈Verilog的状态机实现模板，并浅析⽐较。
1 ⼀段式状态机 (单always块结构)：1. always @(posedge clk or posedge rst) begin2. if(rst)3. FSM <= S04. else begin5. case(FSM)6. S0：begin7. Out_0; //输出8. if(condition1) FSM<= S1;//状态转移9. else if (condition2) FSM<= S2;//状态转移10. end11. S1：begin12. Out_1; //输出13. if(condition3) FSM<= S3;//状态转移14. else if (condition4) FSM <=S4;15. end16. default: begin17. Out_0; //输出18. if(condition0) FSM<= S0;//状态转移19. end20. endcase21. end22. 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。
对于那些简单的状态机，⼀段式⽅便理解。
但是对于复杂状态机，代码难于更改，条件复杂带来电路开销⼤，⼯作性能（电路最⾼频率）亦受限，因此实际中这种结构很少使⽤。
2 两段式状态机 (双always块结构)：1. //时序逻辑，这段⼀般是不变的，描述从现态转移到次态2. always @ (posedge clk or posedge rst ) begin3. if(rst)4. current_state <= S0;5. else6. current_state<=next_state;7. end8. //组合逻辑，包括转移条件以及输出9. always @ (current_state) begin10. case(current_state)11. S0：begin12. Out_0; //输出13. if(condition1) next_state <= S1;//状态转移14. else if (condition2) next_state <= S2;//状态转移15. else next_state <= S0;16. end17. S1：begin18. Out_1; //输出19. if(condition3) next_state <= S3;//状态转移20. else if (condition4) next_state <=S4;21. end22. default: begin23. Out_0; //输出24. if(condition0) next_state <= S0;//状态转移25. end26. endcase27. 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。
Verilog-HDL入门基础之时序状态机的设计精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版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。
verilog 状态机写法
verilog 状态机写法Verilog是一种硬件描述语言，常用于设计和开发数字电路和系统。
在Verilog中，状态机是一种常用的建模方法，用于描述系统的状态和状态转移。
Verilog的状态机可以使用不同的写法来实现，通常有两种主要的方法：行为级描述和结构级描述。
行为级描述是一种以状态转移的逻辑和状态转移的条件为基础的写法。
在行为级描述中，我们需要定义状态变量和状态转移条件，然后使用if-else语句来实现状态转移逻辑。
以下是一个简单的例子，使用行为级描述写法实现一个简单的二进制计数器状态机：```verilogmodule binary_counter(input clk,input reset,output reg [3:0] count);reg [3:0] next_count;always @(posedge clk or posedge reset) beginif (reset) begincount <= 4'b0000;end else begincase (count)4'b0000: next_count = 4'b0001;4'b0001: next_count = 4'b0010;4'b0010: next_count = 4'b0011;4'b0011: next_count = 4'b0100;4'b0100: next_count = 4'b0101;4'b0101: next_count = 4'b0110;4'b0110: next_count = 4'b0111;4'b0111: next_count = 4'b1000;4'b1000: next_count = 4'b1001;4'b1001: next_count = 4'b0000;default: next_count = 4'b0000;endcasecount <= next_count;endendendmodule```在上面的例子中，我们定义了一个4位的计数器变量`count`，并在always块中定义了状态转移逻辑。
verilogFPGA状态机描述
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 ;
实验二硬件描述语言(VerilogHDL)软件基本使用方法综述
编译通过后系统信息窗口：报告相关的使用芯片类型、使用的逻辑元素个数 等信息
⑷建立波形文件，设置相关端口信号，同实验一基本相同，设置之后保存波形文 件，重新进行编译。
⑸点击时序仿真按钮，进行仿真，观察结果可知完全符合数字选择电路功能。 这种通过Verilog HDL编程实现的功能与电路设计完成的功能完全相同。
⑷Verilog模块的结构特点 • Verilog程序是由若干模块构成的。每个模块的内容 都嵌在module和endmodule两个关键字之间；每个 模块实现特定的逻辑功能。 • 每个模块首先要进行端口定义，并说明输入和输出 口（input、output或inout），然后对模块的功能 进行定义。 • Verilog程序书写格式自由，一行可以写几个语句， 一个语句也可以分多行写，。 • 除了endmodule等少数语句外，每个语句的最后必 须有分号。 • 可用 /*……*/ 和 //……对Verilog程序作注释。 • Verilog程序书写区分大小写，关键字必须小写。
更多控制端口设置
lpm_counter计数器功能仿真波形
模24方向可控计数器电路
⑸Verilog 模块的模板
•module <顶层模块名> (<输入输出端口列表>); •output 输出端口列表; //输出端口声明 •input 输入端口列表; //输入端口声明 •/*定义数据，信号的类型，函数声明*/ •reg 信号名； •//逻辑功能定义 •assign <结果信号名>=<表达式>； //使用assign语句定义逻辑功能 •//用always块描述逻辑功能 •always @ (<敏感信号表达式>) • begin • //过程赋值 • //if-else，case语句 • //while，repeat，for循环语句 • //task，function调用 • end •//调用其它模块 • <调用模块名module_name > <例化模块名> (<端口列表port_list >); •//门元件例化 • 门元件关键字 <例化门元件名> (<端口列表port_list>); •endmodule
Verilog HDL语言的描述语句
第4节Verilog HDL语言的描述语句Verilog HDL 描述语句2.4.1 结构描述形式通过实例进行描述的方法，将Verilog HDL预先定义的基本单元实例嵌入到代码中，监控实例的输入。
Verilog HDL中定义了26个有关门级的关键字，比较常用的有8个。
在实际工程中，简单的逻辑电路由逻辑门和开关组成，通过门元语可以直观地描述其结构。
基本的门类型关键字如下所述：•and•nand•nor•or•xor•xnor•buf•notVerilog HDL支持的基本逻辑部件是由该基本逻辑器件的原语提供的。
其调用格式为：门类型<实例名> (输出，输入1，输入2，……,输入N)例如，nand na01(na_out, a, b, c );表示一个名字为na01的与非门，输出为na_out，输入为a, b, c。
例2-5 一个简单的全加器例子：module ADD(A, B, Cin, Sum, Cout);input A, B, Cin;output Sum, Cout;// 声明变量wire S1, T1, T2, T3;xor X1 (S1, A, B),X2 (Sum, S1, Cin);and A1 (T3, A, B),A2 (T2, B, Cin),A3 (T1, A, Cin);or O1 (Cout, T1, T2, T3);endmodule在这一实例中，模块包含门的实例语句，也就是包含内置门xor、and和or的实例语句。
门实例由线网型变量S1、T1、T2和T3互连。
由于未指定顺序，门实例语句可以以任何顺序出现。
门级描述本质上也是一种结构网表。
在实际中的使用方式为：先使用门逻辑构成常用的触发器、选择器、加法器等模块，再利用已经设计的模块构成更高一层的模块，依次重复几次，便可以构成一些结构复杂的电路。
其缺点是：不易管理，难度较大且需要一定的资源积累。
2.4.2 数据流描述形式数据流型描述一般都采用assign连续赋值语句来实现，主要用于实现组合功能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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 )
begin
case (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； endcase
end
always @(posedge clk ) begin if (reset)
current_state <= s0;
else current_state<= next end
always @( 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 end
in=0
OL
时钟CS
NS
OL
MOORE 型状态机结构图
复位
always @(current_state ) begin
case (current_state) s0: out = 0; s1: out = 1;
default:
out = x;
endcase end
endmodule
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; end
default: current_state = s0;
endcase
OL
in=0
时钟CS
NS
OL
MOORE 型状态机结构图
复位
end
endmodule
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 end
in=0
in=0/out=0
in=0/out=1
always @(
begin case (current_state ) s0:
if(in) out = 1; s1:
if(in) out = 0;
default:
out = x;
endcase end
endmodule
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=1
always @(posedge clk ) begin if (reset) current_state = s0; else case (current_state) s0:
if (in)begin
out = 1;
current_state = s1;end else begin out = 0;
current_state = s0; end
s1: if (in)begin out = 0;
current_state = s0;end else begin
out = 1;current_state = s1; end
default: begin current_state = s0; out = x; end
endcase end
endmodule
in=0/out=1。