三段式,四段式状态机设计方法是什么（状态机设计注意事项）

一、状态机的概述

有限状态机，简称状态机，通俗的说，就是把全部的情况分成几个场景，这些场景的工作方式明显不同。简单来说就是如下所示的状态转移图

二、状态机的结构

1、状态寄存器：记忆当前状态机所处的状态

2、产生下一状态的组合逻辑：根据输入信号和当前状态，决定下一个状态

3、输出逻辑：由当前状态和输入信号，决定当前状态的输出

三、好的状态机的标准

四、三段式、四段式状态机设计方法

常见状态机分为一段，二段，三段，推荐使用三段（包含当前状态，下一状态，和输出，后续分析后推荐四段式）

1、第一个进程，同步时序always模块，格式化描述次态寄存器迁移到现态寄存器，即描述状态转移

2、第二个进程，组合逻辑always模块，描述判断状态转移条件，描述状态转移规律

3、第三个进程，同步时序always模块，格式化描述次态寄存器输出，其它always（个数与输出信号个数有关）使用同步时序电路设计每一个状态的输出

4、代码设计注意事项：

1）三段always中，第一，三个always是同步时序，采用非阻塞赋值，第二个always是组合逻辑，采用阻塞赋值

2）第二个是组合逻辑always块，命案列表采用always@(*)，组合逻辑条件一定要完备

3）第二个组合逻辑always块里的判断条件需包含所有情况

4）第二部分case中的条件应为当前态

5）三段式不是三个always，而是三步的意思，与输出信号个数有关

6）三段式的好处，即可用state_c作为条件，也可用state_n作为条件。用state_c作为条件，会比state_n做条件晚一个时钟周期

5、进一步总结，归纳，提出使用四段式状态机（每次只考虑一件事），四段不是四个always，而是四个部分内容

1）第一段：与三段式第一段相同，同步时序的always模块，格式化描述次态迁移到现态寄存器

2）第二段：组合逻辑的always块，描述状态转移条件

注：第二段里只需要判断信号名即可，名字规范2-->to，如下所示什么到什么的条件，else条件下应为state_n = state_c; 如果是state_n = state_n，那和if-else条件没补全一样（相当于没写else begin，组合逻辑需要补全条件）

             

3）第三段，定义状态转移条件

4）第四段，设计输出，此处可以规定一个always设计一个信号，因此有多少个输出信号，就有多少个always，如果没有输出就没有第四段

五、状态机设计规范

1、四段式状态机

2、第二段转移条件

1）判断条件用信号名表示，不需要去做判断，判断是在第三段的时候去做，符合之前所说的一次只做一件事的要求，也不需要来回修改信号名。只需要在第三段修改判断条件即可

3、状态不变处理

第二段使用state_n = state_c表示状态不变

1）避免拷贝时出错

2）避免组合逻辑没补齐情况，要有唯一结果输出

3）避免写出state_n = state_n，本质上还是保持不变，与第二点没补齐一样，会生成锁存器

4、转移条件命名

状态转移条件，用assign的形式写成XX2XX_start的形式，前面XX为当前状态，后面XX为下一状态。如idle2read_start，idle2write_start，方便检查沟通

5、转移条件定义

状态转移的一般格式为

assign xx2yy_start = state_c ==XXXX && zzzz;

XXXX现在状态，zzzz跳转条件

五、状态机设计注意事项

1、IDLE只是名字，并不是必须的，不需要专门为复位设置一个状态

2、状态机的划分依据，依据是划分的状态方便产生输出信号

3、状态对齐的对象，状态机与din(输入信号)对齐，来产生dout(输出)，即din-->状态机-->dout流程

4、状态机架构八步法（需要用计数器）

1）明确功能

2）输出分析

               

3）状态合并

4）状态转移条件

5）转移条件

6）完整性检查

7）状态机代码（四段式）

8）功能代码

    

编辑：黄飞