fpga状态机三段式和四段式的区别

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精选答案

四段式状态机

r在数字电路中，状态机是一个非常重要的组成部分，对于系统的高速、可靠、稳定具有决定性的作用。其实，计数器本质上也可以认为是一个状态机，区别在于它是用数字来区分不同的状态。那么这两者在使用上有什么区别呢？

r 如果是顺序处理或简单流程控制，如0-1-2-3-0这样的步骤，用计数器实现是最方便的。但是在复杂的流程控制场合，跳转顺序为乱序，如0-1-5-2-4的步骤，用状态机来设计就比较合理。下面我们依据明德扬至简设计法规范规程体系，进行状态机设计。

r 首先我们先看规范要求。

r 一、 使用四段式状态机结构。

r 二、 第一段写法不变。

r 三、 第二段状态转移条件用信号名来表示。

r 四、 用assign形式将状态转移条件写成XX2XX-start形式。

r 五、 状态转移条件，用assign产生变化条件时，必须加上当前状态。

r 六、 状态不变，使用state-n=state-c。

r 接下来对于规范中“四段式状态机”的概念进行解释。

r 目前状态机的结构有一段式、二段式、三段式。三段式状态机具备诸多优点，总体上来讲远远强于一段式、二段式结构。四段式状态机是明德扬在三段式状态机的基础上，优化发展而来的，一种全新的状态机结构。

r 该结构不是指四个always代码，而是四段代码。如果没有输出信号，就只有三段代码（两个always）；如果有多个输出信号，就会有多个always。由此可以看出，四段式状态机是以逻辑关系产生的四个阶段，而不是机械僵化、固定不变的四个段落。

r 这四段分别是：

1. 同步时序的always模块，格式化描述次态迁移到现态寄存器。

2. 组合逻辑的always模块，描述状态转移条件判断。

3. 用assign定义转移条件。

4. 设计输出信号。我们可以简单的理解为现态、次态、转移、输出。

r 规范中相关条例的原理，在本节中暂不介绍，详情请见第四章第2节《状态机模板》。这里我们先继续介绍四段式状态机的设计规程——状态机八步法。

r 1. 明确功能

r 2. 输出分析

r 3. 状态合并

r 4. 状态转移

r 5. 转移条件

r 6. 完整性检查

r 7. 状态机代码

r 8. 功能代码

r 下面我们来看一个四段式状态机用八步法实现项目功能的代码。

r 功能要求：书57—58页。

r 代码：书63—67页。

r 最后，总结一下这种规范规程设计状态机的诸多优点：

r 1. 四段式状态机的总体思路，是逐个思考、有序进行的方式；

r 2. 状态划分摒弃了越细越好的错误思路，而是从输出信号需求出发，直接简洁客观；

r 3. 完整性检查确定了所有信号都设计出来，没有遗漏，大大减少仿真调试工作量；

r 4. 命名的规范性，如state-c现态、state-n次态等等，保证了所有状态转移编写统一，减少编写错误；

r 5. 转移条件的规范性，如always里面的转移条件全部用信号名来表示，这样写always时只需要考虑跳转方向和命名，代码非常整洁；

r 6. 准确定义节约系统资源。如状态不跳转时，全部写成state-n=state-c的规定，避免了写成state-n=state-n的组合逻辑形式，生成我们不希望的锁存器；

r 7. 现态、次态、转移、输出都是独立的，利于阅读、维护、升级；

r 8. 能够消除组合逻辑输出的毛刺隐患，同时能做到同步寄存器输出。

r 总体上来说，这种方法结构清晰、代码简洁、出错率低、通用性强、便于移植。将状态机设计的思路、过程、结果实现了至简化。不仅如此，对于学习者来说，极易学会和上手。

r 在前面的内容中我们讲了计数器和状态机的规范规程，实际上从架构体系来说，明德扬设计体系根据模块实现功能的不同，将其分为计数器、状态机、FIFO三种架构。几乎所有模块都可以应用这三种架构来实现。

r 本章均以明德扬规范规程体系为例，目的是说明设计规范化的重要意义和实用价值。接下来要讲的是设计中常见的时序约束和定位问题，敬请关注。

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