如何設(shè)計(jì)FPGA一段式狀態(tài)機(jī)?含代碼示例
FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）中的一段式狀態(tài)機(jī)（也稱(chēng)為簡(jiǎn)單狀態(tài)機(jī)或單進(jìn)程狀態(tài)機(jī)）通常用于描述具有有限數(shù)量狀態(tài)的系統(tǒng)行為。這種狀態(tài)機(jī)通常包括一個(gè)狀態(tài)寄存器、一個(gè)輸入信號(hào)、一個(gè)輸出信號(hào)以及用于狀態(tài)轉(zhuǎn)換的邏輯。
以下是一個(gè)使用Verilog HDL編寫(xiě)的一段式狀態(tài)機(jī)的代碼示例：
verilog
module one_stage_fsm (
input clk, // 時(shí)鐘信號(hào)
input reset, // 異步復(fù)位信號(hào)
input start, // 開(kāi)始信號(hào)，用于觸發(fā)狀態(tài)機(jī)
output reg done, // 狀態(tài)機(jī)完成信號(hào)
// ... 可以添加其他輸入和輸出信號(hào)
// ...
);
// 定義狀態(tài)
typedef enum reg [1:0] {
STATE_IDLE = 2'b00,
STATE_WORK = 2'b01,
STATE_DONE = 2'b10
} fsm_state_t;
// 當(dāng)前狀態(tài)寄存器
reg [1:0] current_state;
// 狀態(tài)轉(zhuǎn)換邏輯
always @(posedge clk or posedge reset) begin
if (reset) begin
// 異步復(fù)位，將狀態(tài)機(jī)設(shè)置到初始狀態(tài)
current_state <= STATE_IDLE;
done <= 0;
// ... 重置其他輸出信號(hào) ...
end else begin
case (current_state)
STATE_IDLE: begin
if (start) begin
// 當(dāng)start信號(hào)為高時(shí)，從IDLE狀態(tài)轉(zhuǎn)換到WORK狀態(tài)
current_state <= STATE_WORK;
end
// ... 其他IDLE狀態(tài)下的操作 ...
end
STATE_WORK: begin
// 在WORK狀態(tài)下執(zhí)行操作
// ... 執(zhí)行工作的代碼 ...
// 假設(shè)工作完成后直接跳轉(zhuǎn)到DONE狀態(tài)
current_state <= STATE_DONE;
// ... 可以添加標(biāo)志或其他信號(hào)來(lái)表示工作完成 ...
end
STATE_DONE: begin
// 在DONE狀態(tài)下設(shè)置完成標(biāo)志
done <= 1;
// ... 其他DONE狀態(tài)下的操作 ...
// 等待一段時(shí)間后或外部信號(hào)觸發(fā)可以回到IDLE狀態(tài)
// 例如，如果start信號(hào)再次為高，可以回到IDLE狀態(tài)
if (start) begin
current_state <= STATE_IDLE;
done <= 0; // 重置完成標(biāo)志
end
end
default: begin
// 非法狀態(tài)，通常用于調(diào)試
current_state <= STATE_IDLE;
// ... 其他錯(cuò)誤處理 ...
end
endcase
end
end
// ... 其他邏輯（如輸出邏輯） ...
endmodule
在這個(gè)示例中，我們定義了一個(gè)具有三個(gè)狀態(tài)（IDLE、WORK、DONE）的狀態(tài)機(jī)。狀態(tài)轉(zhuǎn)換由時(shí)鐘信號(hào)clk和復(fù)位信號(hào)reset控制。當(dāng)start信號(hào)為高時(shí)，狀態(tài)機(jī)從IDLE狀態(tài)轉(zhuǎn)換到WORK狀態(tài)。在WORK狀態(tài)下，執(zhí)行一些工作（在這個(gè)示例中未具體實(shí)現(xiàn)），然后轉(zhuǎn)換到DONE狀態(tài)。在DONE狀態(tài)下，設(shè)置done輸出信號(hào)為高，表示狀態(tài)機(jī)已完成其工作。此外，如果start信號(hào)再次為高，狀態(tài)機(jī)將返回到IDLE狀態(tài)。
請(qǐng)注意，這個(gè)示例僅用于說(shuō)明如何設(shè)計(jì)一段式狀態(tài)機(jī)，并且可能需要根據(jù)您的具體需求進(jìn)行修改和擴(kuò)展。
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