"这篇课件主要讲解了Verilog硬件描述语言中状态机的两段式描述方法,由西安电子科技大学微电子学院提供。状态机的两段式描述通常包括一个同步时序always模块来更新状态寄存器,以及一个组合逻辑always模块来描述状态转移条件。文中还提到了Verilog HDL的可综合描述风格的重要性,并通过模256计数器和数字多路选择器的设计例子展示了正确的和错误的描述方式。"
在Verilog硬件描述语言中,状态机的两段式描述是一种常见的实现状态机逻辑的方式,它能够清晰地分离同步和组合逻辑。这种描述方式主要包括两个部分:
1. **同步时序always模块**:用于更新状态寄存器。在这个例子中,它在时钟的上升沿(posedge clk)或者异步复位信号(negedge rst_n)的下降沿触发。在复位信号有效时,当前状态current_state被初始化为IDLE;在其他情况下,使用非阻塞赋值(<=)将下一状态next_state的值赋给当前状态,这样可以确保状态的无毛刺转换。
2. **组合逻辑always模块**:用于描述状态转移条件。这个模块在所有输入变量(如current_state)变化时触发,通常使用电平触发(@current_state)。在这个模块内部,使用case语句定义了不同状态下的状态转移逻辑,以及与状态相关的输出逻辑。例如,当处于S1状态时,如果满足某个条件,则通过阻塞赋值(=)将next_state设置为S2,并更新输出out1。
课件中还提到了Verilog HDL的可综合特性,强调了正确描述数字逻辑电路的重要性。通过对比模256计数器的可综合描述和错误描述,可以看出,错误的描述(如使用for循环)在硬件实现时是不可行的,因为它会产生无限循环的逻辑。而正确的描述方式使用了简单的条件判断,符合硬件逻辑的合成规则。
另一个例子是数字多路选择器的设计,展示了两种不同的描述方式:一种基于真值表,另一种基于逻辑表达式。真值表形式直观明了,但代码量较大;逻辑表达式形式则更为简洁,但可能需要额外的逻辑门来实现。
总结来说,Verilog状态机的两段式描述方式有助于实现清晰、可读性强且易于综合的代码,是数字系统设计中的重要技巧。同时,理解和掌握Verilog HDL的可综合描述风格对于硬件设计至关重要,可以确保设计意图能够准确无误地转化为实际的硬件电路。