浅谈FPGA 四段式状态机

在FPGA中，相信有FPGA学习经验的都能了解，现在流行的状态机设计，一般可分为一段式、两段式和三段式，如果不了解的，可以自行百度。

上面的三种设计法虽然很流行，但设计时仍然要考虑很多因素，导致总是要反反复复调试才能设计成功。这不符合明德扬一次考虑一个因素、一次性设计正确的设计理念。为此，明德扬特推出四段式状态机的写法。

四段式不是指三个always代码，而是四段程序。使用四段式的写法，可参照明德扬GVIM特色指令Ztj产生的状态机模板。

第一段，同步时序的always模块，格式化描述次态迁移到现态寄存器。

always@（posedge clk or negedge rst_n）begin

if（！rst_n）begin

state_c 《= IDLE;

end

else begin

state_c 《= state_n;

end

end

第二段，组合逻辑的always模块，描述状态转移条件判断。注意转移条件用信号来表示，信号名要按明德扬规则来命名。

always@（*）begin

case（state_c）

IDLE:begin

if（idle2s1_start）begin

state_n = S1;

end

else begin

state_n = state_c;

end

end

S1:begin

if（s12s2_start）begin

state_n = S2;

end

else begin

state_n = state_c;

end

end

S2:begin

if（s22idl）begin

state_n = IDLE;

end

else begin

state_n = state_c;

end

end

default:begin

state_n = IDLE;

end

endcase

end

assign idle2s1_start = state_c==IDLE && ;

assign s12s2_start = state_c==S1 && ;

assign s22idl_start = state_c==S2 && ;

第三段，用assign定义转移条件。注意条件一定要加上现态。

assign idle2s1_start = state_c==IDLE && ;

assign s12s2_start = state_c==S1 && ;

assign s22idl_start = state_c==S2 && ;

第四段，设计输出信号。明德扬规范要求一个always设计一个信号，因此有多少个输出信号，就有多少个always。

always @（posedge clk or negedge rst_n）begin

if（！rst_n）begin

out1 《=1‘b0

end

else if（state_c==S1）begin

out1 《= 1’b1;

end

else begin

out1 《= 1‘b0;

end

end

明德扬四段式状态机符合一次只考虑一个因素的设计理念。第一段代码，照抄格式，完全不用想其他的。第二段代码，只考虑状态之间的跳转，也就是说各个状态机之间跳转关系。第三段代码，只考虑跳转条件。第三段，每个信号逐个设计。

明德扬为了保证一次设计正确，还制定了一些规范。例如第二段的跳转条件，只准用信号名代替，并且制定了跳转条件的命名规范，1是解决了命名困难的问题，2是对转移条件一目了然，如idl2s1_start，就可以看出是IDLE跳到S1状态的条件。还有，明德扬规定转移条件的格式，一定是“ 当前状态&&具体条件”，以防想不到的情况出现。有了这些规范的保证，无论多复杂的场合，任何设计都能有条理、有步骤地一次性设计正确。