一、狀態機的概述

有限狀態機，簡稱狀態機，通俗的說，就是把全部的情況分成幾個場景，這些場景的工作方式明顯不同。簡單來說就是如下所示的狀態轉移圖

二、狀態機的結構

1、狀態寄存器：記憶當前狀態機所處的狀態

2、產生下一狀態的組合邏輯：根據輸入信號和當前狀態，決定下一個狀態

3、輸出邏輯：由當前狀態和輸入信號，決定當前狀態的輸出

三、好的狀態機的標準

四、三段式、四段式狀態機設計方法

常見狀態機分為一段，二段，三段，推薦使用三段（包含當前狀態，下一狀態，和輸出，后續分析后推薦四段式）

1、第一個進程，同步時序always模塊，格式化描述次態寄存器遷移到現態寄存器，即描述狀態轉移

2、第二個進程，組合邏輯always模塊，描述判斷狀態轉移條件，描述狀態轉移規律

3、第三個進程，同步時序always模塊，格式化描述次態寄存器輸出，其它always（個數與輸出信號個數有關）使用同步時序電路設計每一個狀態的輸出

4、代碼設計注意事項：

1）三段always中，第一，三個always是同步時序，采用非阻塞賦值，第二個always是組合邏輯，采用阻塞賦值

2）第二個是組合邏輯always塊，命案列表采用always@(*)，組合邏輯條件一定要完備

3）第二個組合邏輯always塊里的判斷條件需包含所有情況

4）第二部分case中的條件應為當前態

5）三段式不是三個always，而是三步的意思，與輸出信號個數有關

6）三段式的好處，即可用state_c作為條件，也可用state_n作為條件。用state_c作為條件，會比state_n做條件晚一個時鐘周期

5、進一步總結，歸納，提出使用四段式狀態機（每次只考慮一件事），四段不是四個always，而是四個部分內容

1）第一段：與三段式第一段相同，同步時序的always模塊，格式化描述次態遷移到現態寄存器

2）第二段：組合邏輯的always塊，描述狀態轉移條件

注：第二段里只需要判斷信號名即可，名字規范2-->to，如下所示什么到什么的條件，else條件下應為state_n = state_c; 如果是state_n = state_n，那和if-else條件沒補全一樣（相當于沒寫else begin，組合邏輯需要補全條件）

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3）第三段，定義狀態轉移條件

4）第四段，設計輸出，此處可以規定一個always設計一個信號，因此有多少個輸出信號，就有多少個always，如果沒有輸出就沒有第四段

五、狀態機設計規范

1、四段式狀態機

2、第二段轉移條件

1）判斷條件用信號名表示，不需要去做判斷，判斷是在第三段的時候去做，符合之前所說的一次只做一件事的要求，也不需要來回修改信號名。只需要在第三段修改判斷條件即可

3、狀態不變處理

第二段使用state_n = state_c表示狀態不變

1）避免拷貝時出錯

2）避免組合邏輯沒補齊情況，要有唯一結果輸出

3）避免寫出state_n = state_n，本質上還是保持不變，與第二點沒補齊一樣，會生成鎖存器

4、轉移條件命名

狀態轉移條件，用assign的形式寫成XX2XX_start的形式，前面XX為當前狀態，后面XX為下一狀態。如idle2read_start，idle2write_start，方便檢查溝通

5、轉移條件定義

狀態轉移的一般格式為

assign xx2yy_start = state_c ==XXXX?&&?zzzz;

XXXX現在狀態，zzzz跳轉條件

五、狀態機設計注意事項

1、IDLE只是名字，并不是必須的，不需要專門為復位設置一個狀態

2、狀態機的劃分依據，依據是劃分的狀態方便產生輸出信號

3、狀態對齊的對象，狀態機與din(輸入信號)對齊，來產生dout(輸出)，即din-->狀態機-->dout流程

4、狀態機架構八步法（需要用計數器）

1）明確功能

2）輸出分析

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3）狀態合并

4）狀態轉移條件

5）轉移條件

6）完整性檢查

7）狀態機代碼（四段式）

8）功能代碼

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編輯：黃飛

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