ASIC-WORLD Verilog（13）状态机FSM

news2024/12/28 17:57:19

写在前面

        在自己准备写一些简单的verilog教程之前，参考了许多资料----Asic-World网站的这套verilog教程即是其一。这套教程写得极好，奈何没有中文，在下只好斗胆翻译过来（加点自己的理解）分享给大家。

        这是网站原文：Verilog Tutorial

        这是系列导航：Verilog教程系列文章导航

有限状态机FSM简介

        状态机（FSM）是许多数字设计的核心。计数器就是 FSM 的一种简单形式。当我学习Verilog时，我曾经想知道“如何在Verilog中编码FSM”和“编码它的最佳方法是什么”。接下来我将尝试回答这两个问题。

状态机类型

        根据状态机的输出类型分类，有两种类型的状态机。第一种是 Moore 状态机，其输出仅是当前状态的函数；第二种是 Mealy 状态机，其输出是当前状态和输入的函数。

Moore 状态机

Mealy 状态机

        状态机还可以根据所使用的状态编码进行分类。编码类型也是决定FSM的速度和复杂度的关键因素。二进制编码、格雷码、独热码是最常见的几种 FSM 状态编码类型。

状态机建模

        编码 FSM 时需要记住的一件事：组合逻辑和时序逻辑应该位于两个不同的always块中。在上两图中，下一状态逻辑（next state logic）始终是组合逻辑；而状态逻辑（state logic）和输出逻辑（output logic）则是时序逻辑。任何到下一个状态逻辑的异步信号在馈送到 FSM 之前都必须进行同步化处理。你应该尽量将状态机FSM 保存在单独的 Verilog 文件中。

        使用parameter或`define 等常量声明来定义 FSM 的状态可使代码更具可读性，且更易于管理。

示例：仲裁器

        接下来将以仲裁器作为案例，看看该如何实现一个完整的FSM。

        FSM 代码应包含三个部分：

  • 状态编码部分
  • 组合逻辑部分
  • 时序逻辑部分

状态编码

        状态编码有许多方式，其中最常用的是：

  • 二进制码（Binary Encoding）
  • 独热码（One Hot Encoding）
  • 格雷码（Gray Encoding）

独热码（One Hot Encoding）

parameter  [4:0]  IDLE  = 5'b0_0001;
parameter  [4:0]  GNT0  = 5'b0_0010;
parameter  [4:0]  GNT1  = 5'b0_0100;
parameter  [4:0]  GNT2  = 5'b0_1000;
parameter  [4:0]  GNT3  = 5'b1_0000;

二进制码（Binary Encoding）

parameter  [2:0]  IDLE  = 3'b000;
parameter  [2:0]  GNT0  = 3'b001;
parameter  [2:0]  GNT1  = 3'b010;
parameter  [2:0]  GNT2  = 3'b011;
parameter  [2:0]  GNT3  = 3'b100;

格雷码（Gray Encoding）

parameter  [2:0]  IDLE  = 3'b000;
parameter  [2:0]  GNT0  = 3'b001;
parameter  [2:0]  GNT1  = 3'b011;
parameter  [2:0]  GNT2  = 3'b010;
parameter  [2:0]  GNT3  = 3'b110;

组合逻辑部分

        这一部分可以使用函数、assign 语句或者always块来实现。

always @ (state or req_0 or req_1 or req_2 or req_3)
begin       
  next_state = 0;
  case(state)
    IDLE : if (req_0 == 1'b1) begin
  	     next_state = GNT0;
           end else if (req_1 == 1'b1) begin
  	     next_state= GNT1;
           end else if (req_2 == 1'b1) begin
  	     next_state= GNT2;
           end else if (req_3 == 1'b1) begin
  	     next_state= GNT3;
	   end else begin
  	     next_state = IDLE;
           end			
    GNT0 : if (req_0 == 1'b0) begin
  	     next_state = IDLE;
           end else begin
	     next_state = GNT0;
	  end
    GNT1 : if (req_1 == 1'b0) begin
  	     next_state = IDLE;
           end else begin
	     next_state = GNT1;
	  end
    GNT2 : if (req_2 == 1'b0) begin
  	     next_state = IDLE;
           end else begin
	     next_state = GNT2;
	  end
    GNT3 : if (req_3 == 1'b0) begin
  	     next_state = IDLE;
           end else begin
	     next_state = GNT3;
	  end
   default : next_state = IDLE;
  endcase
end

时序逻辑部分

        这一部分只能使用边沿敏感逻辑例如带posedge clock或者negedge clock的always块来实现。

always @ (posedge clock)
begin : OUTPUT_LOGIC
  if (reset == 1'b1) begin
    gnt_0 <= #1 1'b0;
    gnt_1 <= #1 1'b0;
    gnt_2 <= #1 1'b0;
    gnt_3 <= #1 1'b0;
    state <= #1 IDLE;
  end else begin
    state <= #1 next_state;
    case(state)
       IDLE : begin
                gnt_0 <= #1 1'b0;
                gnt_1 <= #1 1'b0;
                gnt_2 <= #1 1'b0;
                gnt_3 <= #1 1'b0;
	       end
  	GNT0 : begin
  	         gnt_0 <= #1 1'b1;
  	       end
        GNT1 : begin
                 gnt_1 <= #1 1'b1;
               end
        GNT2 : begin
                 gnt_2 <= #1 1'b1;
               end
        GNT3 : begin
                 gnt_3 <= #1 1'b1;
               end
     default : begin
                 state <= #1 IDLE;
               end
    endcase
  end
end

使用二进制编码的完整FSM代码

module fsm_full(
clock , // Clock
reset , // Active high reset
req_0 , // Active high request from agent 0
req_1 , // Active high request from agent 1
req_2 , // Active high request from agent 2
req_3 , // Active high request from agent 3
gnt_0 , // Active high grant to agent 0
gnt_1 , // Active high grant to agent 1
gnt_2 , // Active high grant to agent 2
gnt_3   // Active high grant to agent 3
);
// Port declaration here
input clock ; // Clock
input reset ; // Active high reset
input req_0 ; // Active high request from agent 0
input req_1 ; // Active high request from agent 1
input req_2 ; // Active high request from agent 2
input req_3 ; // Active high request from agent 3
output gnt_0 ; // Active high grant to agent 0
output gnt_1 ; // Active high grant to agent 1
output gnt_2 ; // Active high grant to agent 2
output gnt_3 ; // Active high grant to agent 

// Internal Variables
reg    gnt_0 ; // Active high grant to agent 0
reg    gnt_1 ; // Active high grant to agent 1
reg    gnt_2 ; // Active high grant to agent 2
reg    gnt_3 ; // Active high grant to agent 

parameter  [2:0]  IDLE  = 3'b000;
parameter  [2:0]  GNT0  = 3'b001;
parameter  [2:0]  GNT1  = 3'b010;
parameter  [2:0]  GNT2  = 3'b011;
parameter  [2:0]  GNT3  = 3'b100;

reg [2:0] state, next_state;

always @ (state or req_0 or req_1 or req_2 or req_3)
begin  
  next_state = 0;
  case(state)
    IDLE : if (req_0 == 1'b1) begin
  	     next_state = GNT0;
           end else if (req_1 == 1'b1) begin
  	     next_state= GNT1;
           end else if (req_2 == 1'b1) begin
  	     next_state= GNT2;
           end else if (req_3 == 1'b1) begin
  	     next_state= GNT3;
	   end else begin
  	     next_state = IDLE;
           end			
    GNT0 : if (req_0 == 1'b0) begin
  	     next_state = IDLE;
           end else begin
	     next_state = GNT0;
	  end
    GNT1 : if (req_1 == 1'b0) begin
  	     next_state = IDLE;
           end else begin
	     next_state = GNT1;
	  end
    GNT2 : if (req_2 == 1'b0) begin
  	     next_state = IDLE;
           end else begin
	     next_state = GNT2;
	  end
    GNT3 : if (req_3 == 1'b0) begin
  	     next_state = IDLE;
           end else begin
	     next_state = GNT3;
	  end
   default : next_state = IDLE;
  endcase
end

always @ (posedge clock)
begin : OUTPUT_LOGIC
  if (reset) begin
    gnt_0 <= #1 1'b0;
    gnt_1 <= #1 1'b0;
    gnt_2 <= #1 1'b0;
    gnt_3 <= #1 1'b0;
    state <= #1 IDLE;
  end else begin
    state <= #1 next_state;
    case(state)
	IDLE : begin
                gnt_0 <= #1 1'b0;
                gnt_1 <= #1 1'b0;
                gnt_2 <= #1 1'b0;
                gnt_3 <= #1 1'b0;
	       end
  	GNT0 : begin
  	         gnt_0 <= #1 1'b1;
  	       end
        GNT1 : begin
                 gnt_1 <= #1 1'b1;
               end
        GNT2 : begin
                 gnt_2 <= #1 1'b1;
               end
        GNT3 : begin
                 gnt_3 <= #1 1'b1;
               end
     default : begin
                 state <= #1 IDLE;
               end
    endcase
  end
end

endmodule

测试脚本

`include "fsm_full.v"

module fsm_full_tb();
reg clock , reset ;
reg req_0 , req_1 ,  req_2 , req_3; 
wire gnt_0 , gnt_1 , gnt_2 , gnt_3 ;

initial begin
  $display("Time\t    R0 R1 R2 R3 G0 G1 G2 G3");
  $monitor("%g\t    %b  %b  %b  %b  %b  %b  %b  %b", 
    $time, req_0, req_1, req_2, req_3, gnt_0, gnt_1, gnt_2, gnt_3);
  clock = 0;
  reset = 0;
  req_0 = 0;
  req_1 = 0;
  req_2 = 0;
  req_3 = 0;
  #10 reset = 1;
  #10 reset = 0;
  #10 req_0 = 1;
  #20 req_0 = 0;
  #10 req_1 = 1;
  #20 req_1 = 0;
  #10 req_2 = 1;
  #20 req_2 = 0;
  #10 req_3 = 1;
  #20 req_3 = 0;
  #10 $finish;
end

always
 #2 clock = ~clock;


fsm_full U_fsm_full(
clock , // Clock
reset , // Active high reset
req_0 , // Active high request from agent 0
req_1 , // Active high request from agent 1
req_2 , // Active high request from agent 2
req_3 , // Active high request from agent 3
gnt_0 , // Active high grant to agent 0
gnt_1 , // Active high grant to agent 1
gnt_2 , // Active high grant to agent 2
gnt_3   // Active high grant to agent 3
);

endmodule

 仿真结果

  • 📣您有任何问题，都可以在评论区和我交流📃！
  • 📣本文由 孤独的单刀 原创，首发于CSDN平台🐵，博客主页：wuzhikai.blog.csdn.net
  • 📣您的支持是我持续创作的最大动力！如果本文对您有帮助，还请多多点赞👍、评论💬和收藏⭐！

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.coloradmin.cn/o/939643.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系多彩编程网进行投诉反馈，一经查实，立即删除！

相关文章

MySQL 8.1.0 推出 InnoDB Cluster 只读副本

MySQL 8.1.0 推出 InnoDB Cluster 只读副本

全面了解 8.1.0 版本新功能&#xff1a;InnoDB Cluster 只读副本的相关操作。 作者&#xff1a;Miguel Arajo 高级软件工程师 / Kenny Gryp MySQL 产品总监 本文来源&#xff1a;Oracle MySQL 官网博客 * 爱可生开源社区出品。 前言 MySQL 的第一个 Innovation 版本 8.1.0 已…
阅读更多...
Pyqt5开发实战记录

Pyqt5开发实战记录

入职以来第一个开发项目&#xff1a; 1、如何给Qlabel加边框&#xff1a;右键label对象&#xff0c;选择“改变样式表”输入一下代码&#xff1a; border: 1px solid black;2、如何让垂直布局中button大小不发生变化&#xff1a;其实很简单&#xff0c;只需要设置button的最大…
阅读更多...
（视频教程）单细胞转录组多组差异基因分析及可视化函数

（视频教程）单细胞转录组多组差异基因分析及可视化函数

很久以前&#xff0c;我们发布过一个单细胞多组差异基因可视化的方法。跟着Cell学单细胞转录组分析(八):单细胞转录组差异基因分析及多组结果可视化。主要复现参考的是这篇发表在《Cell》上的文章。可以将多个组的差异结果展示出来。 &#xff08;reference&#xff1a;A Spati…
阅读更多...
夜莺项目发布 v6.1.0 版本，增强可观测性数据串联

夜莺项目发布 v6.1.0 版本，增强可观测性数据串联

大家好&#xff0c;夜莺项目发布 v6.1.0 版本&#xff0c;这是一个中版本迭代&#xff0c;不止是 bugfix 了&#xff0c;而是引入了既有功能的增强。具体增强了什么功能&#xff0c;下面一一介绍。 1. 增强可观测性数据串联 从 v6.1.0 开始&#xff0c;对日志索引模式做了增强…
阅读更多...
TS-小技巧-持续更新

TS-小技巧-持续更新

文章目录 一、类型小技巧1. Partial 的应用2. Pick 的应用3. Parameters 的应用4. ReturnType 的应用 一、类型小技巧 1. Partial 的应用 interface User {name: string;age: number;address: string}获取接口User的所有属性&#xff0c;且不确定属性是否全部需要: type UserP…
阅读更多...
ceph peering机制-状态机

ceph peering机制-状态机

本章介绍ceph中比较复杂的模块&#xff1a; Peering机制。该过程保障PG内各个副本之间数据的一致性&#xff0c;并实现PG的各种状态的维护和转换。本章首先介绍boost库的statechart状态机基本知识&#xff0c;Ceph使用它来管理PG的状态转换。其次介绍PG的创建过程以及相应的状…
阅读更多...
Element-Ul中的Mess消息不能正常显示

Element-Ul中的Mess消息不能正常显示

项目场景 注册 使用Element-Ul中的表单&#xff0c;Mess消息不能正常显示 预计效果 Part1 问题1 给按钮添加Mess消息提示,有反应&#xff0c;但不是预期反应&#xff0c;就没看到页面上方的提示框&#xff0c;就是滚动条一直上下动 后来发现是提示框都在下面出现了 <scr…
阅读更多...
IdentityServer密码长度超长会导致跳转到登录页

IdentityServer密码长度超长会导致跳转到登录页

应用系统项目的安全要求越来越高&#xff0c;基本都是采取https等加密证书传输&#xff0c;无法使用https的&#xff0c;也是要求不能明文传输内容&#xff0c;因此做一些等保要求&#xff0c;密码需要加密后才能传输给服务端&#xff0c;所以前端会采取一些密码手段&#xff0…
阅读更多...
C# Linq源码分析之Take（四）

C# Linq源码分析之Take（四）

概要 本文主要对Take的优化方法进行源码分析&#xff0c;分析Take在配合Select&#xff0c;Where等常用的Linq扩展方法使用时候&#xff0c;如何实现优化处理。 本文涉及到Select, Where和Take和三个方法的源码分析&#xff0c;其中Select, Where, Take更详尽的源码分析&…
阅读更多...
数据结构--树4.2.2（二叉树--遍历）

数据结构--树4.2.2（二叉树--遍历）

目录 一、二叉树的建立 二、二叉树的遍历算法 一、二叉树的建立 CreateBitree(Bitree *t){char c;scanf("%c",&c);if( c){*t NULL;}else{*t(Bitnode*)malloc(sizeof(Bitnode));(*t)->data c;CreateBitree(&(*t)->lchild);CreateBitree(&(*t)-&…
阅读更多...
机器学习——KNN回归

机器学习——KNN回归

1、前提知识&#xff1a; 回归&#xff1a;可以理解为拟合&#xff0c;就是根据训练数据的趋势&#xff0c;对输入数据进行预测。KNN回归&#xff1a;是一种有监督学习&#xff0c;因为需要提供目标数据&#xff08;target&#xff09; 2、案例&#xff1a; 用KNN回归拟合sin…
阅读更多...
爬虫异常处理之如何处理连接丢失和数据存储异常

爬虫异常处理之如何处理连接丢失和数据存储异常

在爬虫开发过程中&#xff0c;我们可能会遇到各种异常情况&#xff0c;如连接丢失、数据存储异常等。本文将介绍如何处理这些异常&#xff0c;并提供具体的解决代码。我们将以Python语言为例&#xff0c;使用requests库进行网络请求和sqlite3库进行数据存储。 1. 处理连接丢失 …
阅读更多...
高忆管理：新手炒股入门零基础学？

高忆管理：新手炒股入门零基础学？

炒股是一些人为了取得高额回报和更好的财政自由而进行的活动。但对许多新手而言&#xff0c;这是一个全新的领域&#xff0c;需求掌握许多根底常识才能够开始加入炒股商场。本文将为零根底的新手炒股入门供给一些主张和技巧&#xff1a; 一、学习根底常识 关于炒股入门的新手而…
阅读更多...
Android 绘制之文字测量

Android 绘制之文字测量

drawText() 绘制文字 绘制进度条:paint.strokeCap Paint.CAP.RONUD 线条两边样式 设置文字字体:paint.typeFace Resources.Compat.getFont(context,font) 设置加粗 paint.isFakeBoldText 设置居中: paint.setTextAlign Paint.Align.CENTER //居中, 并不是真正的居中 往…
阅读更多...
项目经理——任劳任怨的“背锅侠”

项目经理——任劳任怨的“背锅侠”

很多人可能觉得项目经理在工作中只需要动动嘴皮子&#xff0c;然后跟其他关系人搞好关系就行了&#xff0c;但是其实他们负责整个项目的规划、执行和交付&#xff0c;是整个项目顺利进行的关键。然而&#xff0c;在项目中面临着各种各样的挑战和压力。那么&#xff0c;作为项目…
阅读更多...
[ES]安装es、kibana、ik分词器

[ES]安装es、kibana、ik分词器

一、安装es和kibana 1、创建一个网络&#xff0c;网络内的框架(eskibana)互联 docker network create es-net 2、下载es和kibana docker pull elasticsearch:7.12.1 docker pull kibana:7.12.1 3、运行docker命令部署单点eskibana&#xff08;用来操作es&#xff09; doc…
阅读更多...
软件开发管理全过程文件、验收材料支撑下载

软件开发管理全过程文件、验收材料支撑下载

一、前言 软件开发工作中&#xff0c;在#夏天生活图鉴#计划&#xff0c;需求分析&#xff0c;开发实施&#xff0c;测试&#xff0c;评审&#xff0c;交付验收&#xff0c;以及投标等其他过程中&#xff0c;会产生大量的文档&#xff0c;为了规范项目整个流程&#xff0c;亦或是…
阅读更多...
Elasticsearch 集成--Flink 框架集成

Elasticsearch 集成--Flink 框架集成

一、Flink 框架介绍 Apache Spark 是一种基于内存的快速、通用、可扩展的大数据分析计算引擎。 Apache Spark 掀开了内存计算的先河&#xff0c;以内存作为赌注&#xff0c;赢得了内存计算的飞速发展。 但是在其火热的同时&#xff0c;开发人员发现&#xff0c;在 Spark …
阅读更多...
青蛙趣味支付页html源码

青蛙趣味支付页html源码

青蛙因生活所迫卖儿卖HTML单页源码.zip - 蓝奏云 源码自适应窗口&#xff0c;电脑和手机&#xff0c; 适合作为网站下载页&#xff0c;用于增加支付率 &#xff08;终于写好了&#xff0c;不太想写&#xff09;
阅读更多...
3.3 运算符和表达式

3.3 运算符和表达式

前言&#xff1a; 几乎每一个程序都需要进行运算&#xff0c;对数据进行加工处理&#xff0c;否则程序就没有意义了。要进行运算&#xff0c;就需规定可以使用的运算符。C语言的运算符范围很宽&#xff0c;把除了控制语句和输入输出以外几乎所有的基本操作都作为运算符处理&am…
阅读更多...
推荐文章
最新文章

Copyright @ 2022~2023