有限状态机设计中的一个问题

zerorenee

是这样的，我写的三段式状态机，3个always块大致如下：
//状态转换
always @（posedge clk or negedge rst）
begin
    if (!rst)
        current_state <= s1;
    else
        current_state <= next_state;
end

//next_state
always @(current_state or in)
begin
    case (current_state)
        s1:
        if (…)
            next_state = s3;
        s2:
        if (…)
            next_state = s5;
        …

        default:
            next_state <= s1;
    endcase
end

//输出信号
always @(current_state or in)
begin
    case (current_state)
    s1:
    if (…)
        out = 1'b1;
    s2:
    if (…)
        out = 1'b0;
        …

    default:
        out = 1'b0;
    endcase
end

但是在rst下降沿的时候想要给将out设为0.
在modelsim仿真的时候，如果把第一个always块改写成如下：
always @（posedge clk or negedge rst）
begin
    if (!rst)
    begin
        current_state <= s1;
        out <= 1'b0;
    end
    else
        current_state <= next_state;
end

这样仿真结果是对的，但是这样就在两个always块里对out信号赋值，貌似是不可综合的。
那么，应该怎么做才能达到想要的时序效果？

刹那天堂

看了你这个3段式状态机，我有疑问了。

因为之前也看过别人写的3段式状态机，和你这个很不一样哈。

我把你的优化一下如下吧，你看着合适就用，不合适就自己取舍吧。
/*
always @（posedge clk or negedge rst）
begin
    if (!rst)
        current_state <= s1；
    else
        current_state <= next_state;
end
*/
reg[3:0] flag_cnt;
wire  flag_en;
always @（posedge clk or negedge rst）
begin
    if (!rst)
      flag_cnt <= 4'b0000;
    else
      flag_cnt <= flag_cnt + 1'b1;
assign flag_en = flag_cnt = 4'b1111 ? 1: 0;

always @（posedge clk or negedge rst）
begin
    if (!rst)
        current_state <= s1；
    else if(flag_en)     //这里做一个延迟处理，具体打几个时钟看你需要。
        current_state <= next_state;
end

//next_state 这段代码是组合逻辑啊，我给你改正下，注意=，<=的用法哈
always @(*)
begin
    case (current_state)
        s1:
        if (…)
            next_state = s3;
        s2:
        if (…)
            next_state = s5;
        …

        default:
            next_state = s1;
    endcase
end
/*
//输出信号
always @(current_state or in)
begin
    case (current_state)
    s1:
    if (…)
        out = 1'b1;
    s2:
    if (…)
        out = 1'b0;
        …

    default:
        out = 1'b0;
    endcase
end
*/
//以下这段代码改动比较大，自己体会哈
always @（posedge clk or negedge rst）
begin
    if (!rst)  begin
        current_state <= s1;
        out <= 1'b0;
    end
    else  begin
      case (next_state)
      s1:
      if (…)
        out <= 1'b1;
      s2:
      if (…)
        out <= 1'b0;
        …

    default:
        out <= 1'b0;
    endcase
    end
end

//你的代码感觉没用好next_state，3段式状态机 形似神不似。

xinzhiguanghua

都不對哈，這個問題很簡單。
LZ只要再加一個
reg reg_out.
always @(posedge clk or rstb)
    if(!rstb) reg_out <= 0;
    else reg_out <= out;

zerorenee

回复 2# 刹那天堂
你好啊~看了你的回复我有一些疑问，如下：

reg[3:0] flag_cnt;
wire  flag_en;
always @（posedge clk or negedge rst）
begin
    if (!rst)
      flag_cnt <= 4'b0000;
    else
      flag_cnt <= flag_cnt + 1'b1;
assign flag_en = flag_cnt = 4'b1111 ? 1: 0;

always @（posedge clk or negedge rst）
begin
    if (!rst)
        current_state <= s1；
    else if(flag_en)     //这里做一个延迟处理，具体打几个时钟看你需要。
        current_state <= next_state;
end
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
上面这个状态转换的模块，为什么要做延迟处理？我觉得应该没有必要吧。。
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
always @(*)
begin
    case (current_state)
        s1:
        if (…)
            next_state = s3;
        s2:
        if (…)
            next_state = s5;
        …

        default:
            next_state = s1;
    endcase
end

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
原先这个next_state模块case的default语句的非阻塞赋值，是我笔误了，不好意思，很感谢你指出。但是我想问为什么把我的敏感列表always@(current_state or in)改成了always@(*)。按照我的理解always@(*)的意思是把所有输入作为敏感列表，但是我的状态机里current_state变化了应该也是要对next_state进行赋值的，还是说我的理解有问题？
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
always @（posedge clk or negedge rst）
begin
    if (!rst)  begin
        current_state <= s1;
        out <= 1'b0;
    end
    else  begin
      case (next_state)
      s1:
      if (…)
        out <= 1'b1;
      s2:
      if (…)
        out <= 1'b0;
        …

    default:
        out <= 1'b0;
    endcase
    end
end

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
对于这个always块我有一个跟状态机不相关的疑问，是和非阻塞赋值有关的。麻烦你也帮我解答一下吧。
关于非阻塞赋值<=，有一个说法是在进行非阻塞赋值的时候，假设敏感列表为posedge clk，在一个时间步(time step)开始的时候估计<=右边的表达式并在这个time step结束的时候用<=右边的值更新左边的变量。


这个time step就是clk上升沿到来以后的一个时钟周期，所以在进行非阻塞赋值的时候，我们会看到赋值会延迟一个周期。但是为什么在rst下降沿将信号置零时，置零不会发生延迟？？
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不好意思，因为我实在是太菜鸟了，问题比较多，麻烦你了。

刹那天堂

其实我也不是啥高手，只是前不久刚好看到了这种3段式状态机的写法，，个人比较认同这种风格，所以在这里推荐给你了哈。。。一起学习。
下面就个人理解，回答你的问题，有不认同的地方欢迎大家提出，我们共同进步。
1、延时处理，这个就注释来说我没说必须，可以理解为若有必要可以在这里做处理。
   还有，你原来的代码后两个模块都是组合逻辑，所以肯定是没必要加的。
   我写的第三个模块是时序的，而且用的是next_state，加点延时，防止在一个时钟周期的时候，状态和赋值同时跳变。(这个是个人理解，具体的大家有什么想发，也可以告诉我，在这里先谢谢了)

2、alway @(*),这个语句，，你的理解都没错；我的理解是，在组合逻辑里可以这样写，比你加信号进去
  简洁哈，个人习惯罢了；当然如果是指定了信号的话，当然就不能这样写了。

3、这个问题简单，你百度哈，什么是异步复位同步复位就明白了。

zerorenee

回复 5# 刹那天堂

关于我说的第三个问题，你好像误解我了。我百度了下同步复位和异步复位来确认我对于复位的理解没有偏差。

我这个问题是问非阻塞赋值。麻烦看一下以下两段代码和波形图。
1.
always @(posedge clk or negedge rst)
    begin
        if (!rst)
            hint <= 1'b0;
        else if ((current_state == 1'b1) &&
                 (bitstream == 2‘d60))
                 hint <= 1'b1;
        else
             hint <= hint;
    end

波形图如下图1

可以看到红色矩形处的clk上升沿，已经满足了else if的条件，但是hint延迟了一个周期跳变为1

于是我写了以下简单的测试代码
2.

always @（posedge clk or negedge rst）
begin
    if (!rst)
        a <= 1'b0;
    else
        a <= 1'b1;
end


波形图如下图2

可以看到红色矩形clk的上升沿处，a的跳变没有延迟。


可以解释一下这是为什么吗？我百思不得其解。。。。
谢谢了~~~

刹那天堂

哦，这个问题也简单。
在这样的仿真波形中，你要明白时钟的边沿检测是在前沿。

就第一幅图而言，红框范围时钟边沿检测到的是0，而不是60。

同理，你按照这样的原则可以验证一下，在第二副图中，让rst的跳变处在时钟边沿上。结果也会同第一副图一样。

zerorenee

回复 7# 刹那天堂


   我按照你说的试了一下 发现始终边沿上的复位也是没有问题的，如下图
   不过觉得你说的采时钟沿前的信号很有道理，呵呵

刹那天堂

回复 8# zerorenee


    同步复位电路，异步复位电路，你还需在理解下。

现在的这个时序图和以前那个比较，是不一样的。

现在这个是异步复位状态，a值的改变不受时钟控制。
以前那图是异步复位解除状态，a值的改变受时钟控制。

liujing123

状态图怎么读呀？