verilog可综合有限状态机的4种写法(夏文宇书注)

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。

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。

有限状态机的verilog例子有限状态机（Finite State Machine, FSM）是数字电路设计中的一种基本构件，它可以用来实现各种复杂的控制逻辑。

在Verilog中，可以用模块（module）来描述一个有限状态机，使用参数（parameters）来定义状态数量和状态转移逻辑。

以下是一个简单的有限状态机的Verilog例子，该FSM有3个状态（S0, S1, S2）和两个输入（clk, rst_n）以及一个输出（next_state, out）：```verilogmodule fsm(input wire clk, // 时钟信号input wire rst_n, // 低电平复位信号input wire [1:0] in, // 输入信号，这里位宽为2，可以扩展output reg next_state, // 下一状态输出output reg out // 输出信号);// 状态参数parameter S0 = 2'b00;parameter S1 = 2'b01;parameter S2 = 2'b10;// 状态寄存器reg [1:0] state;// 状态转移逻辑always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif (!rst_n) begin// 当处于复位状态时，状态寄存器和输出都初始化为0state <= S0;out <= 1'b0;end else begin// 根据当前状态和输入信号，更新下一状态和输出case (state)S0: beginnext_state <= S1;out <= 1'b1;endS1: beginnext_state <= S2;out <= 1'b0;endS2: beginnext_state <= S0;out <= 1'b1;enddefault: beginnext_state <= S0;out <= 1'b0;endendcaseendendendmodule```在这个例子中：- `clk` 是时钟信号。

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。

verilog hdl的四值电平逻辑，以及数值的类型和表示方法在Verilog HDL中，四值电平逻辑指的是逻辑值包括四种状态：高电平（High）、低电平（Low）、高阻态（Z）和未知状态（X）。

这与传统的数字逻辑中只有高和低两种状态不同。

数值的类型和表示方法：1. 逻辑值:`'0'` 或 `'1'`: 逻辑0和逻辑1，分别表示低电平和高电平。

2. 线网类型 (Net Types):`wire`: 用于连接模块之间的信号，可以是四值逻辑中的任何状态。

3. 物理类型 (Physical Types):`reg`: 用于存储器或寄存器类型的变量，其值可以在仿真中被改变。

4. 连续赋值:`assign`: 用于连续赋值语句，例如 `assign a = b;`。

5. 数值表示:十进制、二进制、八进制和十六进制都可以在Verilog中表示数值。

例如，`4'b1010` 是二进制的表示方法。

6. 强类型推导:Verilog可以自动从代码中推导出变量的类型。

例如，如果一个变量只被赋值为逻辑0和1，那么它的类型将被推导为 `logic`。

7. 非确定值:有时，某些信号的值在仿真中可能不可预测或未知，可以使用非确定值 `x` 来表示。

8. 高阻态:在某些情况下，线网可能被配置为高阻态，以模拟开路或断开的情况。

这通常使用 `z` 来表示。

9. 数字系统中的信号和线网:在Verilog中，你可以定义信号（`signal`）和线网（`net`），它们可以是上述提到的任何类型和值。

10. 参数和常量:使用 `parameter` 定义常数，使用 `localparam` 定义局部常数。

这些常数可以是上述的任何数值类型。

11. 操作符:Verilog支持各种操作符，如逻辑操作符（与、或、非等）、算术操作符（加、减、乘、除等）和其他复合操作符（如异或等）。

操作符的行为取决于它们操作的值的类型和状态。

Verilog可综合有限状态机的4种写法Verilog可综合有限状态机的4种写法第一种：自然编码1.module fsm1(2.input i_clk,3.input rst_n,4.input A,5.output reg K1,6.output reg K2,7.output reg [1:0] state8.);[/color][/font]9.[font=Times New Roman][color=#000000]parameter Idle=2'b00,10. Start=2'b01,11. Stop=2'b10,12. Clear=2'b11;[/color][/font]13.[font=Times NewRoman][color=#000000][email=always@(posedge]always@ (posedge[/email]i_clk)14.if(!rst_n)15.begin16. state<=Idle;17. K2<=0;18. K1<=0;19.end20.else21.case(state)22. Idle:if(A)23. begin24. state<=Start;25. K1<=0;26. end28. begin29. state<=Idle;30. K2<=0;31. K1<=0;32. end33. Start:if(!A)34. state<=Stop;35. else36. state<=Start;37. Stop:if(A)38. begin39. state<=Clear;40. K2<=1;41. end42. else43. begin44. state<=Stop;45. K2<=0;46. K1<=0;47. end48. Clear:if(!A)49. begin50. state<=Idle;51. K1<=1;52. K2<=0;53. end54. else55. begin56. state<=Clear;57. K2<=0;58. K1<=1;60. default:61. state<=Idle;62. endcase63.endmodule第二种：采用独热编码，据说其可靠性和速度都不错1.module fsm2(2.input i_clk,3.input rst_n,4.input A,5.output reg K1,6.output reg K2,7.output reg [3:0] state8.);9.10.parameter Idle=4'b1000;11.parameter Start=4'b0100;12.parameter Stop=4'b0010;13.parameter Clear=4'b0001;14.15.always@(posedge i_clk)16.begin17. if(!rst_n)18. begin19. state<=Idle;20. K2<=0;21. K1<=0;22. end23. else24. case(state)25. Idle:if(A)26. begin28. K1<=0;29. end30. else31. begin32. state<=Idle;33. K2<=0;34. K1<=0;35. end36. Start:if(!A)37. state<=Stop;38. else39. state<=Start;40. Stop:if(A)41. begin42. state<=Clear;43. K2<=1;44. end45. else46. begin47. state<=Stop;48. K1<=0;49. K2<=0;50. end51. Clear:if(!A)52. begin53. state<=Idle;54. K2<=0;55. K1<=1;56. end57. else58. begin60. K2<=0;61. K1<=0;62. end63. default:state<=Idle;64.endcase65.end66.endmodule第三种：把输出直接指定为状态码，即把状态码的指定和状态机的输出联系起来，状态的变化直接用做输出据说可以提高输出信号的开关速度并节省电路资源（希望了解其机理的高手们能够解说下时怎样提高开关速度的？）1.module fsm3(2.input i_clk,3.input rst_n,4.input A,5.output K1,6.output K2,7.output reg [4:0] state8.);9.10.11.assign K2=state[4];12.assign K1=state[0];13.14.parameter Idle =5'b00000;15.parameter Start =5'b00010;16.parameter Stop =5'b00100;17.parameter StopToClear =5'b11000;18.parameter Clear =5'b01010;19.parameter ClearToIdle =5'b00111;20.21.always@(posedge i_clk)22.if(!rst_n)23.begin24. state<=Idle;25.end26.else27.case(state)28. Idle:if(A)29. state<=Start;30. else31. state<=Idle;32. Start:if(!A)33. state<=Stop;34. else35. state<=Start;36. Stop:if(A)37. state<=StopT oClear;38. else39. state<=Stop;40. StopToClear:state<=Clear;41. Clear:if(!A)42. state<=ClearToIdle;43. else44. state<=Clear;45. ClearToIdle:state<=Idle;46. default:state<=Idle;47.endcase48.endmodule第四：把状态的变化和输出开关的控制分成两部分考虑1.module fsm4(2.input i_clk,3.input rst_n,4.input A,5.output reg K1,6.output reg K2,7.output reg[1:0] state8.);9.10.11.//reg [1:0] state;12.reg [1:0] nextstate;13.parameter Idle=2'b00,14. Start=2'b01,15. Stop=2'b10,16. Clear=2'b11;17.always@(posedge i_clk)18.if(!rst_n)19. state<=Idle;20.else21. state<=nextstate;22.23.always@(state or A)24. case(state)25. Idle:if(A)26. nextstate=Start;27. else28. nextstate=Idle;29. Start:if(!A)30. nextstate=Stop;31. else32. nextstate=Start;33. Stop:if(A)34. nextstate=Clear;35. else36. nextstate=Stop;37. Clear:if(!A)38. nextstate=Idle;39. else40. nextstate=Clear;41. default:nextstate=2'bxx;42. endcase43.always@(state or rst_n or A)44.if(!rst_n)45. K1<=0;46.else47. if(state==Clear&&!A)48. K1<=1;49. else50. K1<=0;51.52.always@(state or rst_n or A)53.if(!rst_n)54. K2<=0;55.else56. if(state==Stop&&A)57. K2<=1;58. else59. K2<=0;60.endmodule。

海思高校合作——QA培训资料一、RTL CODE 规范1.标准的文件头在每一个版块的开头一定要使用统一的文件头，其中包括作者名，模块名，创建日期，概要，更改记录，版权等必要信息。

统一使用以下的文件头：// **************************************************************// COPYRIGHT(c)2005, Hislicon Technologies Co, Ltd// All rights reserved.//// IP LIB INDEX : IP lib index just sa UTOPIA_B// IP Name : the top module_name of this ip, usually, is same// as the small ip classified name just as UTOPIA// File name : file_name of the file just as “tx_fifo.v”// Module name : module_name of this file just as “TX_FIFO”// Full name : complete Emglish nme of this abbreviated//// Author : Athor/ID// Email : Author‟s email// Data :// Version : V 1.0////Abstract :// Called by : Father Module//// Modification history// ------------------------------------------------------------------------------------------------------// //// $Log$//// *********************************************************************2. 标准的module 格式(module 整体结构)对于模块的书写采用统一的格式便于项目内部成员的理解和维护，我们用批处理建立了一个MODULE模块，其内容解释如下：●端口定义按照输入，输出，双向的顺序：●模块名、模块例化名统一，例化名前加大写U_以区分（多次例化另加标识），三者关系：文件名：xxx .v (小写)模块名：XXX （大写）例化名：U_XXX (大写)IP 内部所有的模块名都要加IP名或者IP名简称作前缀，如USB_CTRL、USB_TX_FIFO。

Verilog语言是一种硬件描述语言（HDL），用于描述和设计数字电路。

它广泛应用于数字系统的建模、验证和综合，是数字电路设计领域中的重要工具之一。

在Verilog中，模块是最基本的组织单位，模块中包含了电路的功能和行为描述。

本文将介绍Verilog语言的基本语法和模块写法，以帮助读者更好地理解和应用Verilog语言。

一、Verilog基本语法1. 注释在Verilog中，使用双斜杠（//）进行单行注释，使用/* */进行多行注释。

注释可以提高代码的可读性，便于他人理解和维护。

2. 变量声明Verilog中的变量可以分为寄存器变量（reg）和线网（wire）两种类型。

寄存器变量用于存储状态信息，线网用于连接各个逻辑门的输入和输出。

3. 逻辑运算符和位运算符Verilog中包括逻辑运算符（与、或、非等）和位运算符（与、或、异或等），用于对信号进行逻辑和位级操作。

4. 控制语句Verilog支持if-else语句、case语句等控制语句，用于根据不同条件执行不同的操作。

5. 模拟时钟在Verilog中，时钟是电路中的重要部分，通常使用时钟信号来同步各个元件的动作。

时钟可以通过周期性方波信号来模拟，使用$period 函数可以定义时钟的周期。

6. 仿真指令Verilog提供了多种仿真指令，用于初始化信号、设置仿真时间、输出波形图等操作，有助于仿真和调试电路。

二、模块写法1. 模块定义在Verilog中，一个模块包含了一组功能相关的硬件描述，可以看作是一个小型电路的抽象。

模块通过module关键字进行定义，其中包括模块名、输入输出端口声明等信息。

```verilogmodule adder(input wire [3:0] a,input wire [3:0] b,output reg [4:0] c);// 模块内部逻辑描述endmodule```2. 端口声明模块的端口包括输入端口（input）和输出端口（output），可以通过wire和reg进行声明。

verilog综合小结一：基本Verilog中的变量有线网类型和寄存器类型。

线网型变量综合成wire，而寄存器可能综合成WIRE，锁存器和触发器。

二：verilog语句结构到门级的映射连续性赋值：assign连续性赋值语句逻辑结构上就是将等式右边的驱动左边的结点。

因些连续性赋值的目标结点总是综合成由组合逻辑驱动的结点。

Assign语句中的延时综合时都将忽视。

过程性赋值：过程性赋值只出现在always语句中。

阻塞赋值和非阻塞赋值就该赋值本身是没有区别的，只是对后面的语句有不同的影响。

建议设计组合逻辑电路时用阻塞赋值，设计时序电路时用非阻塞赋值。

过程性赋值的赋值对象有可能综合成wire,latch,和flip-flop，取决于具体状况。

如，时钟控制下的非阻塞赋值综合成flip-flop。

过程性赋值语句中的任何延时在综合时都将忽略。

建议同一个变量单一地使用阻塞或者非阻塞赋值。

逻辑操作符：逻辑操作符对应于硬件中已有的逻辑门算术操作符：V erilog中将reg视为有符号数，而integer视为有符号数。

因此，进行有符号操作时使用integer,使用无符号操作时使用reg。

进位：通常会将进行运算操作的结果比原操作数扩展一位，用来存放进位或者借位。

如：Wire [3:0] A,B;Wire [4:0] C;Assign C=A+B;C的最高位用来存放进位。

关系运算符：关系运算符：<,>,<=,>=和算术操作符一样，可以进行有符号和无符号运算，取决于数据类型是reg ，net还是integer。

相等运算符：==，！=注意：===和！==是不可综合的。

可以进行有符号或无符号操作，取决于数据类型移位运算符：左移，右移，右边操作数可以是常数或者是变量，二者综合出来的结果不同。

部分选择：部分选择索引必须是常量。

BIT选择：BIT选择中的索引可以用变量，这样将综合成多路（复用）器。

敏感表：Always过程中，所有被读取的数据，即等号右边的变量都要应放在敏感表中，不然，综合时不能正确地映射到所用的门。

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。