ZYNQ FPGA基础：三段式状态机解析与实践

"三段式状态机-exynos4412完整用户手册（共2858页）" 在数字电路设计中，状态机是一种常用的设计方法，特别是在FPGA和ASIC设计中。三段式状态机是状态机设计的一种常见模式，它有助于清晰地组织和控制系统的状态转换逻辑。在提供的描述中，可以看到一个简单的三段式状态机模块——`detect_3`，它是用Verilog语言编写的。这个模块包括了状态机的基本组成部分，如输入、输出、内部寄存器和参数定义。 首先，让我们详细了解一下三段式状态机的组成部分： 1. **输入和输出**： - `clk_i`: 时钟输入，状态机的操作通常与系统时钟同步。 - `rst_n_i`: 异步复位信号，低电平时，状态机被复位到初始状态。 - `out_o`: 状态机的输出，根据当前状态的逻辑决定其值。 2. **内部寄存器**： - `out_r`: 一个内部寄存器，用于存储当前状态的输出。 - `Current_state` 和 `Next_state`: 分别表示当前状态和下一个状态的寄存器。这种分离确保在时钟边缘安全地更新状态。 3. **状态声明和状态编码**： - 使用`parameter`关键字定义状态编码，如`S0`, `S1`, `S2`, `S3`，它们是二进制编码，分别对应2'b00, 2'b01, 2'b10, 2'b11。这种编码方式便于理解和跟踪状态机的行为。 三段式状态机通常包括以下三个阶段： - **分析阶段**：在这个阶段，根据输入信号和当前状态，确定下一个状态`Next_state`。 - **存储阶段**：在时钟边沿，`Current_state`更新为`Next_state`，完成状态的切换。 - **执行阶段**：根据`Current_state`的值，计算并输出相应的结果。 在`detect_3`模块中，虽然没有显示状态转移逻辑，但通常这会包含在模块内部，例如通过`always @(posedge clk_i or negedge rst_n_i)`块来实现。状态转移逻辑会基于输入条件和当前状态更新`Next_state`。 此外，标签中的`zc702`和`xc7z020`可能指的是Zynq-7000系列的ZC702开发板，该板子搭载了Xilinx的XC7Z020 FPGA。这意味着这个状态机设计可能是为Zynq SoC平台准备的，Zynq结合了ARM Cortex-A9处理器和FPGA逻辑，使得硬件和软件的协同设计成为可能。 至于提到的版本信息，它们属于一份ZYNQ相关的学习资料，涵盖了从基础入门到更高级别的教程，适用于不同版本的Vivado软件，例如VIVADO 2016.4。这些教程可能随着时间和反馈进行修订，以提供更好的学习体验，并且适应不同的ZYNQ开发板，包括但不限于米联客的开发板。 三段式状态机是数字系统设计中的关键组件，它在各种应用场景中发挥着重要作用，例如控制逻辑、数据处理和通信协议等。对于FPGA开发者来说，理解和掌握状态机设计是必备技能之一。