VerilogHDL：硬件描述语言详解及Mealy型状态机建模

本文档介绍了Mealy型有限状态机的建模方法，特别是在Verilog硬件描述语言中的实现。Mealy型有限状态机的输出不仅取决于当前状态，还取决于输入信号，这与Moore FSM有所不同。在Verilog中，可以通过always语句来构建Mealy机的同步时序行为和组合部分。文档还提到了一个状态转换表的例子以及相应的行为模型，但具体内容未给出。 Verilog HDL是一种强大的硬件描述语言，用于数字系统的多层抽象设计，如算法级、门级和开关级。它可以处理从简单门电路到复杂电子系统的各种设计对象。Verilog支持行为建模、数据流特性描述、结构组成以及时序建模，同时具备模拟和验证功能。语言结构借鉴了C语言，具有易于学习的核心子集，但也包含一些高级建模特性。 Verilog HDL的历史始于1983年，由Gateway Design Automation公司开发，起初仅用于其内部模拟器。随着广泛应用，1990年Verilog被公开，OpenVerilog International (OVI) 推动其成为IEEE标准，最终在1995年成为IEEE Std 1364-1995。Verilog的主要能力包括： 1. 基本逻辑门：如AND、OR、NOT等。 2. 数据类型和操作符：支持整数、逻辑值、数组等多种数据类型，以及丰富的运算符。 3. 结构化编程：包括模块化设计、任务和函数定义。 4. 时序控制：使用always语句进行时序逻辑描述。 5. 组合逻辑：通过非阻塞赋值（<=）描述组合逻辑。 6. 事件驱动：基于敏感列表进行逻辑响应。 7. 测试平台：构建测试向量和激励，进行设计验证。 8. 并行处理：在同一时间级别处理多个操作，体现并行性。 9. 可综合特性：Verilog代码可以直接转化为硬件电路。 Mealy型有限状态机在Verilog中的建模通常涉及以下步骤： 1. 定义状态变量：声明表示状态的变量。 2. 定义输入和输出变量：输入用于触发状态转移，输出则根据当前状态和输入计算得出。 3. 使用always块：一个always块处理状态转移逻辑（基于输入和当前状态），另一个处理输出逻辑（同样基于输入和状态）。 4. 状态转换表：定义所有可能的状态转换和对应的输出。 5. 初始化状态：在初始模块或always块中设置初始状态。 通过这些步骤，设计者能够清晰地描述Mealy型有限状态机的行为，并使用Verilog仿真器验证其正确性。这样的建模方法在数字集成电路设计和验证中至关重要。