题目

  请编写一个序列检测模块，输入信号端口为data，表示数据有效的指示信号端口为data_valid。当data_valid信号为高时，表示此刻的输入信号data有效，参与序列检测；当data_valid为低时，data无效，抛弃该时刻的输入。当输入序列的有效信号满足0110时，拉高序列匹配信号match。
  模块的接口信号图如下：

  模块的时序图如下：

  请使用状态机实现以上功能，画出状态转移图并使用Verilog HDL编写代码实现以上功能，并编写testbench验证模块的功能。

信号	类型	输入/输出	位宽	描述
clk	wire	Intput	1	系统时钟信号
rst_n	wire	Intput	1	异步复位信号，低电平有效
data	wire	Intput	1	单比特信号，待检测的数据
data_valid	wire	Intput	1	输入信号有效标志，当该信号为1时，表示输入信号有效
match	reg	Output	1	当输入信号data满足目标序列，该信号为1，其余时刻该信号为0

答案

  题目中要求使用状态机实现，可以画出其状态转换图,，如下。

  根据状态转换图，编写Verilog代码，如下。

`timescale 1ns/1ns
module sequence_detect(
	input clk,
	input rst_n,
	input data,
	input data_valid,
	output reg match
	);

//采用状态机实现
localparam IDLE = 3'd0,
		   S0   = 3'd1,
		   S1   = 3'd2,
		   S2   = 3'd3;

reg [2:0] curr_state;
reg [2:0] next_state;

//-------三段式状态机--------
//第一段
always @(posedge clk or negedge rst_n)
  if(!rst_n)
    curr_state <= IDLE;
  else
    curr_state <= next_state;

//第二段
always @(*) begin
  next_state = IDLE;
  case(curr_state)
	IDLE: next_state = (data_valid && (~data)) ? S0 : IDLE;
	S0  : next_state = (data_valid && data) ? S1 : S0;
	S1  : next_state = (data_valid && data) ? S2 : S1;
	S2  : next_state = IDLE;
    default: next_state = IDLE;
  endcase
end

//第三段	
always @(posedge clk or negedge rst_n)
	if(!rst_n)
		match <= 1'b0;
	else if(curr_state == S2 && data == 0)
		match <= 1'b1;
	else
		match <= 1'b0;

endmodule

  另外，我们还可以用移位寄存器的方式进行实现，如下。

`timescale 1ns/1ns
module sequence_detect(
	input clk,
	input rst_n,
	input data,
	input data_valid,
	output reg match
	);

//采用移位寄存器实现
reg	[3:0] r_data;

always @(posedge clk or negedge rst_n)
	if(!rst_n)
		r_data <= 8'b0000_0000;
	else if(data_valid)
		r_data <= {r_data,data};
	else
	    r_data <= r_data;
		
always @(posedge clk or negedge rst_n)
	if(!rst_n)
		match <= 1'b0;
	else if(r_data[2:0] == 3'b011 && data == 0)
		match <= 1'b1;
	else
		match <= 1'b0;

endmodule