状态机、序列检测器
作者：互联网
（1）了解状态机：什么是摩尔型状态机，什么是米利型状态机，两者的区别是什么？一段式、二段式、三段式状态机的区别？
状态机由状态寄存器和组合逻辑电路构成，能够根据控制信号按照预先设定的状态进行状态转移，是协调相关信号动作、完成特定操作的控制中心。有限状态机简写为FSM（Finite State Machine），主要分为2大类：
Mealy型：输出信号不仅取决于当前状态，还取决于输入；
Moore型：输出信号只取决于当前状态；
实现相同的功能时，Mealy型比Moore型能节省一个状态（大部分情况下能够节省一个触发器资源，其余情况下使用的资源相同，视状态数和状态编码方式决定），Mealy型比Moore型输出超前一个时钟周期。
一段式：一个always块，既描述状态转移，又描述状态的输入输出，当前状态用寄存器输出。一段式写法简单，但是不利于维护，状态扩展麻烦，状态复杂时易出错，不推荐；
二段式：两个always块，时序逻辑与组合逻辑分开，一个always块采用同步时序描述状态转移；另一个always块采用组合逻辑判断状态转移条件，描述状态转移规律以及输出，当前状态用组合逻辑输出，可能出现竞争冒险，产生毛刺，而且不利于约束，不利于综合器和布局布线器实现高性能的设计；
三段式：三个always块，一个always模块采用同步时序描述状态转移；一个always采用组合逻辑判断状态转移条件，描述状态转移规律；第三个always块使用同步时序描述状态输出，寄存器输出。
三段式与二段式相比，关键在于根据状态转移规律，在上一状态根据输入条件判断出当前状态的输出，从而在不插入额外时钟节拍的前提下，实现了寄存器输出。
（2）使用状态机产生序列“11010110”，串行循环输出该序列；
（3）使用状态机检测“1101”，串行输入的测试序列为“11101101011010”，输出信号为valid有效信号，检测到时输出高，否则为低，考虑序列叠加情况，比如“1101101”，则有两个“1101”，
根据待检测的序列“1101”确定状态，其中：
S1为检测到第1个有效位“1”；
S2为检测到2个有效位“11”；
S3为检测到3个有效位“110”；
S4位检测到4个有效位“1101”；
IDLE为其他状态；
IDLE：初始状态，除S1~S4外的其他所有状态
S1：1， 来1则到S2(11)，否则回到IDLE；
S2：11， 来0则到S3(110)，否则保持S2(11)；
S3：110， 来1则到S4(1101)，否则回到IDLE；
S4：1101， 来1则到S2(11)，否则回到IDLE；
module FSM_SequDetection_1(
clk,
rst_n,
data_in,
data_valid
);
input clk;
input rst_n;
input data_in;
output reg data_valid;
//定义状态，这里采用的独热码（One-Hot），FPGA中推荐用独热码和格雷码（Gray）
//状态较少时（4-24个状态）用独热码效果好，状态多时格雷码（状态数大于24）效果好
parameter IDLE = 5'b00001;
parameter S1 = 5'b00010;
parameter S2 = 5'b00100;
parameter S3 = 5'b01000;
parameter S4 = 5'b10000;
reg [4:0] current_state; //现态
reg [4:0] next_state; //次态
//三段式FSM，第一段，同步时序逻辑，描述状态切换，这里的写法固定
always @ ( posedge clk )
begin
if(!rst_n ) begin
current_state<= IDLE;
end
elsebegin
current_state<= next_state;
end
end
//三段式FSM，第二段，组合逻辑，判断状态转移条件，描述状态转移规律
//这里面用"="赋值和用"<="没区别
always @ (*)
begin
if(!rst_n ) begin
next_state<= IDLE;
end
elsebegin
case(current_state )
IDLE: begin
if(data_in == 1 )
next_state<= S1;
else
next_state<= IDLE;
end
S1 : begin
if(data_in == 1 )
next_state<= S2;
else
next_state<= IDLE;
end
S2 : begin
if(data_in == 0 )
next_state<= S3;
else
next_state<= S2;
end
S3 : begin
if(data_in == 1 )
next_state<= S4;
else
next_state<= IDLE;
end
S4 : begin
if(data_in == 1 )
next_state<= S2;
else
next_state<= IDLE;
end
default : begin
next_state<= IDLE;
end
endcase
end
end
//三段式FSM，第三段，同步时序逻辑，描述状态输出，摩尔型输出
always @ ( posedge clk )
begin
if(!rst_n ) begin
data_valid<= 1'b0;
end
elsebegin
case(next_state )
S4 : data_valid <= 1'b1;
default : data_valid <= 1'b0;
endcase
end
end
endmodule
2.检测序列10110，用计数计其出现的次数。
module seq_dec(
input clk,
input rst_n,
input din,
output dout
);
reg [7:0] cnt; //计满足10110序列的次数
reg [5:0] P_state;//当前状态
reg [5:0] N_state;//下一个状态
parameter S0=6'b000001;//start
parameter s1=6'b000010;//1
parameter s2=6'b000100;//10
parameter s3=6'b001000;//101
parameter s4=6'b010000;//1011
parameter s5=6'b100000;//10110
always @(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
P_state <= 6'b0;
else
P_state <= N_state;
always @(*)begin
if(!rst)
N_state = s0;
else begin
case(P_state)
s0:if(din==1)
N_state = s1;
s1:if(din==0)
N_state = s2;
s2:if(din==1)
N_state = s3;
else
N_state = s0;
s3:if(din==1)
N_state = s4;
else
N_state = s0;
s4:if(din==0)
N_state = s5;
else
N_state = s1;
s5:if(din==1)
N_state = s3;
else
N_state = s0;
default:
N_state = s0;
endcase
end
end
assign dout = (P_state==s5);
always @(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
cnt <= 8'b0;
else if(dout == 1)
cnt <= cnt + 1'b1;
endmodule
3.序列检测，每检测到一组“11011”，然后输出一个高电平。
module FSM_test(
input clk,
input rst_n,
input d_in,
output d_out
);
/* parameter S0 = 5'b000000,
S1 = 5'b000001,
S2 = 5'b000011,
S3 = 5'b000010,
S4 = 5'b000110,
S5 = 5'b000111; */
parameter S0 = 5'b00000,
S1 = 5'b00001,
S2 = 5'b00010,
S3 = 5'b00100,
S4 = 5'b01000,
S5 = 5'b10000;
/* parameter S0 = 5'd0,
S1 = 5'd1,
S2 = 5'd2,
S3 = 5'd3,
S4 = 5'd4,
S5 = 5'd5; */
reg r_d_out;
reg [4:0] cs,ns;
always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(rst_n == 1'b0) begin
cs <= S0;
end else begin
cs <= ns;
end
end
always@(*) begin
ns = 5'dx;
case(cs)
S0: begin
if(d_in == 1'b1)
ns = S1;
else
ns = S0;
end
S1: begin
if(d_in == 1'b1)
ns = S2;
else
ns = S0;
end
S2: begin
if(d_in == 1'b1)
ns = S2;
else
ns = S3;
end
S3: begin
if(d_in == 1'b1)
ns = S4;
else
ns = S0;
end
S4: begin
if(d_in == 1'b1)
ns = S5;
else
ns = S0;
end
S5: begin
if(d_in == 1'b1)
ns = S2;
else
ns = S3;
end
default:
ns = S0;
endcase
end
always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(rst_n == 1'b0) begin
r_d_out <= 1'b0;
end else if(cs == S5)begin
r_d_out <= 1'b1;
end else begin
r_d_out <= 1'b0;
end
end
assign d_out = r_d_out;
endmodule
标签：状态,always,检测器,状态机,S2,序列,input,parameter 来源： https://www.cnblogs.com/qqstore/p/15241197.html