【求助+讨论】 14.1版本的ise xst综合器对状态机的处理 的疑问！同学们请进！

dddk

先付状态机代码：

`timescale 1ns/1ps

module FSM_test
(
        input wire last,
        input wire f_begin,
        input wire clk,
        input wire rst,
        output reg [7:0] data
);

reg [3:0] stute;
reg [3:0] next_stute;

always @ (posedge clk or posedge rst)
begin
        if(rst)
        begin
                stute <= 'd1;
        end
        else
        begin
                stute <= next_stute;
        end
end

always @ (*)
begin
        if(rst)
        begin
                next_stute <= 'd1;
        end
        else
        begin
                case (stute)
                        'd1 : begin
                        if(f_begin)
                                next_stute <= 'd2;
                        end
                        'd2 : begin
                                next_stute <= 'd4;
                        end
                        'd4 : begin
                                next_stute <= 'd8;
                        end
                        'd8 : begin
                                next_stute <= 'd2;
                                if (last)
                                        next_stute <= 'd1;
                        end
                        default : begin
                                next_stute <= 'd1;
                        end
                endcase
        end
end

always @ (posedge clk or posedge rst)
begin
        if(rst)
        begin
                data <= 'd0;
        end
        else
        begin
                case (stute)
                        'd1 : begin
                        if(f_begin)
                                data <= 'd2;
                        end
                        'd2 : begin
                                data <= 'd4;
                        end
                        'd4 : begin
                                data <= 'd8;
                        end
                        'd8 : begin
                                data <= data+1;
                        end
                        default : begin
                                data <= 'd0;
                        end
                endcase
        end
end
endmodule

为什么xst不把这段代码当成FSM处理？综合时，next_stute 变了生成了不推荐的锁存器。我百思不得其解，不知道是不是代码中存在一些不妥的地方，请指点！多谢！

付xst报告，大家可以拿去综合下，V7的片子。

Release 14.1 - xst P.15xf (nt)
Copyright (c) 1995-2012 Xilinx, Inc.  All rights reserved.
--> Parameter TMPDIR set to xst/projnav.tmp


Total REAL time to Xst completion: 1.00 secs
Total CPU time to Xst completion: 0.80 secs

--> Parameter xsthdpdir set to xst


Total REAL time to Xst completion: 1.00 secs
Total CPU time to Xst completion: 0.80 secs

--> Reading design: FSM_test.prj

TABLE OF CONTENTS
  1) Synthesis Options Summary
  2) HDL Parsing
  3) HDL Elaboration
  4) HDL Synthesis
       4.1) HDL Synthesis Report
  5) Advanced HDL Synthesis
       5.1) Advanced HDL Synthesis Report
  6) Low Level Synthesis
  7) Partition Report
  8) Design Summary
       8.1) Primitive and Black Box Usage
       8.2) Device utilization summary
       8.3) Partition Resource Summary
       8.4) Timing Report
            8.4.1) Clock Information
            8.4.2) Asynchronous Control Signals Information
            8.4.3) Timing Summary
            8.4.4) Timing Details
            8.4.5) Cross Clock Domains Report


=========================================================================
*                      Synthesis Options Summary                        *
=========================================================================
---- Source Parameters
Input File Name                    : "FSM_test.prj"
Ignore Synthesis Constraint File   : NO

---- Target Parameters
Output File Name                   : "FSM_test"
Output Format                      : NGC
Target Device                      : xc7vx485t-2-ffg1761

---- Source Options
Top Module Name                    : FSM_test
Automatic FSM Extraction           : YES
FSM Encoding Algorithm             : Auto
Safe Implementation                : No
FSM Style                          : LUT
RAM Extraction                     : Yes
RAM Style                          : Auto
ROM Extraction                     : Yes
Shift Register Extraction          : YES
ROM Style                          : Auto
Resource Sharing                   : YES
Asynchronous To Synchronous        : NO
Shift Register Minimum Size        : 2
Use DSP Block                      : Auto
Automatic Register Balancing       : No

---- Target Options
LUT Combining                      : Auto
Reduce Control Sets                : Auto
Add IO Buffers                     : YES
Global Maximum Fanout              : 100000
Add Generic Clock Buffer(BUFG)     : 32
Register Duplication               : YES
Optimize Instantiated Primitives   : NO
Use Clock Enable                   : Auto
Use Synchronous Set                : Auto
Use Synchronous Reset              : Auto
Pack IO Registers into IOBs        : Auto
Equivalent register Removal        : YES

---- General Options
Optimization Goal                  : Speed
Optimization Effort                : 1
Power Reduction                    : NO
Keep Hierarchy                     : No
Netlist Hierarchy                  : As_Optimized
RTL Output                         : Yes
Global Optimization                : AllClockNets
Read Cores                         : YES
Write Timing Constraints           : NO
Cross Clock Analysis               : NO
Hierarchy Separator                : /
Bus Delimiter                      : <>
Case Specifier                     : Maintain
Slice Utilization Ratio            : 100
BRAM Utilization Ratio             : 100
DSP48 Utilization Ratio            : 100
Auto BRAM Packing                  : NO
Slice Utilization Ratio Delta      : 5

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=========================================================================
*                          HDL Parsing                                  *
=========================================================================
Analyzing Verilog file "D:/verlog/FSM_test/FSM_tst.v" into library work
Parsing module .

=========================================================================
*                            HDL Elaboration                            *
=========================================================================

Elaborating module .
WARNING:HDLCompiler:413 - "D:/verlog/FSM_test/FSM_tst.v" Line 78: Result of 9-bit expression is truncated to fit in 8-bit target.

=========================================================================
*                           HDL Synthesis                               *
=========================================================================

Synthesizing Unit .
    Related source file is "D:/verlog/FSM_test/FSM_tst.v".
    Found 8-bit register for signal .
    Found 4-bit register for signal .
    Found 8-bit adder for signal  created at line 78.
WARNING:Xst:737 - Found 1-bit latch for signal <next_stute>. Latches may be generated from incomplete case or if statements. We do not recommend the use of latches in FPGA/CPLD designs, as they may lead to timing problems.
WARNING:Xst:737 - Found 1-bit latch for signal <next_stute>. Latches may be generated from incomplete case or if statements. We do not recommend the use of latches in FPGA/CPLD designs, as they may lead to timing problems.
WARNING:Xst:737 - Found 1-bit latch for signal <next_stute>. Latches may be generated from incomplete case or if statements. We do not recommend the use of latches in FPGA/CPLD designs, as they may lead to timing problems.
WARNING:Xst:737 - Found 1-bit latch for signal <next_stute>. Latches may be generated from incomplete case or if statements. We do not recommend the use of latches in FPGA/CPLD designs, as they may lead to timing problems.
    Summary:
        inferred   1 Adder/Subtractor(s).
        inferred  12 D-type flip-flop(s).
        inferred   4 Latch(s).
        inferred   2 Multiplexer(s).
Unit  synthesized.

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HDL Synthesis Report

Macro Statistics
# Adders/Subtractors                                   : 1
8-bit adder                                           : 1
# Registers                                            : 2
4-bit register                                        : 1
8-bit register                                        : 1
# Latches                                              : 4
1-bit latch                                           : 4
# Multiplexers                                         : 2
1-bit 2-to-1 multiplexer                              : 1
8-bit 2-to-1 multiplexer                              : 1

=========================================================================

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*                       Advanced HDL Synthesis                          *
=========================================================================


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Advanced HDL Synthesis Report

Macro Statistics
# Adders/Subtractors                                   : 1
8-bit adder                                           : 1
# Registers                                            : 12
Flip-Flops                                            : 12
# Multiplexers                                         : 2
1-bit 2-to-1 multiplexer                              : 1
8-bit 2-to-1 multiplexer                              : 1

=========================================================================

=========================================================================
*                         Low Level Synthesis                           *
=========================================================================

Optimizing unit  ...

Mapping all equations...
Building and optimizing final netlist ...
Found area constraint ratio of 100 (+ 5) on block FSM_test, actual ratio is 0.

Final Macro Processing ...

=========================================================================
Final Register Report

Macro Statistics
# Registers                                            : 12
Flip-Flops                                            : 12

=========================================================================

=========================================================================
*                           Partition Report                            *
=========================================================================

Partition Implementation Status
-------------------------------

  No Partitions were found in this design.

-------------------------------

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*                            Design Summary                             *
=========================================================================

Top Level Output File Name         : FSM_test.ngc

Primitive and Black Box Usage:
------------------------------
# BELS                             : 25
#      LUT3                        : 2
#      LUT4                        : 5
#      LUT5                        : 7
#      LUT6                        : 8
#      MUXF7                       : 3
# FlipFlops/Latches                : 16
#      FDC                         : 11
#      FDP                         : 1
#      LDC                         : 3
#      LDP                         : 1
# Clock Buffers                    : 1
#      BUFGP                       : 1
# IO Buffers                       : 11
#      IBUF                        : 3
#      OBUF                        : 8

Device utilization summary:
---------------------------

Selected Device : 7vx485tffg1761-2


Slice Logic Utilization:
Number of Slice Registers:              16  out of  607200     0%  
Number of Slice LUTs:                   22  out of  303600     0%  
    Number used as Logic:                22  out of  303600     0%  

Slice Logic Distribution:
Number of LUT Flip Flop pairs used:     25
   Number with an unused Flip Flop:       9  out of     25    36%  
   Number with an unused LUT:             3  out of     25    12%  
   Number of fully used LUT-FF pairs:    13  out of     25    52%  
   Number of unique control sets:         2

IO Utilization:
Number of IOs:                          12
Number of bonded IOBs:                  12  out of    700     1%  

Specific Feature Utilization:
Number of BUFG/BUFGCTRLs:                1  out of     32     3%  

---------------------------
Partition Resource Summary:
---------------------------

  No Partitions were found in this design.

---------------------------


=========================================================================
Timing Report

NOTE: THESE TIMING NUMBERS ARE ONLY A SYNTHESIS ESTIMATE.
      FOR ACCURATE TIMING INFORMATION PLEASE REFER TO THE TRACE REPORT
      GENERATED AFTER PLACE-and-ROUTE.

Clock Information:
------------------
-----------------------------------+------------------------+-------+
Clock Signal                       | Clock buffer(FF name)  | Load  |
-----------------------------------+------------------------+-------+
clk                                | BUFGP                  | 12    |
_n0032(Mmux__n003211:O)            | NONE(*)(next_stute_3)  | 4     |
-----------------------------------+------------------------+-------+
(*) This 1 clock signal(s) are generated by combinatorial logic,
and XST is not able to identify which are the primary clock signals.
Please use the CLOCK_SIGNAL constraint to specify the clock signal(s) generated by combinatorial logic.
INFO:Xst:2169 - HDL ADVISOR - Some clock signals were not automatically buffered by XST with BUFG/BUFR resources. Please use the buffer_type constraint in order to insert these buffers to the clock signals to help prevent skew problems.

Asynchronous Control Signals Information:
----------------------------------------
No asynchronous control signals found in this design

Timing Summary:
---------------
Speed Grade: -2

   Minimum period: 1.511ns (Maximum Frequency: 662.011MHz)
   Minimum input arrival time before clock: 0.754ns
   Maximum output required time after clock: 0.632ns
   Maximum combinational path delay: No path found

Timing Details:
---------------
All values displayed in nanoseconds (ns)

=========================================================================
Timing constraint: Default period analysis for Clock 'clk'
  Clock period: 1.511ns (frequency: 662.011MHz)
  Total number of paths / destination ports: 97 / 8
-------------------------------------------------------------------------
Delay:               1.511ns (Levels of Logic = 2)
  Source:            stute_0 (FF)
  Destination:       data_6 (FF)
  Source Clock:      clk rising
  Destination Clock: clk rising

  Data Path: stute_0 to data_6
                                Gate     Net
    Cell:in->out      fanout   Delay   Delay  Logical Name (Net Name)
    ----------------------------------------  ------------
     FDP:C->Q             14   0.254   0.620  stute_0 (stute_0)
     LUT4:I0->O            4   0.049   0.534  stute[3]_data[7]_select_21_OUT<5>21 (stute[3]_data[7]_select_21_OUT<5>2)
     LUT6:I3->O            1   0.049   0.000  stute[3]_data[7]_select_21_OUT<1>1 (stute[3]_data[7]_select_21_OUT<7>)
     FDC                     0.004          data_7
    ----------------------------------------
    Total                      1.511ns (0.356ns logic, 1.155ns route)
                                       (23.6% logic, 76.4% route)

=========================================================================
Timing constraint: Default OFFSET IN BEFORE for Clock 'clk'
  Total number of paths / destination ports: 21 / 20
-------------------------------------------------------------------------
Offset:              0.754ns (Levels of Logic = 2)
  Source:            f_begin (PAD)
  Destination:       data_4 (FF)
  Destination Clock: clk rising

  Data Path: f_begin to data_4
                                Gate     Net
    Cell:in->out      fanout   Delay   Delay  Logical Name (Net Name)
    ----------------------------------------  ------------
     IBUF:I->O            10   0.000   0.701  f_begin_IBUF (f_begin_IBUF)
     LUT6:I0->O            1   0.049   0.000  stute[3]_data[7]_select_21_OUT<1>1 (stute[3]_data[7]_select_21_OUT<7>)
     FDC                     0.004          data_7
    ----------------------------------------
    Total                      0.754ns (0.053ns logic, 0.701ns route)
                                       (7.0% logic, 93.0% route)

=========================================================================
Timing constraint: Default OFFSET IN BEFORE for Clock '_n0032'
  Total number of paths / destination ports: 6 / 6
-------------------------------------------------------------------------
Offset:              0.707ns (Levels of Logic = 1)
  Source:            rst (PAD)
  Destination:       next_stute_3 (LATCH)
  Destination Clock: _n0032 falling

  Data Path: rst to next_stute_3
                                Gate     Net
    Cell:in->out      fanout   Delay   Delay  Logical Name (Net Name)
    ----------------------------------------  ------------
     IBUF:I->O            16   0.000   0.422  rst_IBUF (rst_IBUF)
     LDC:CLR                   0.285          next_stute_3
    ----------------------------------------
    Total                      0.707ns (0.285ns logic, 0.422ns route)
                                       (40.3% logic, 59.7% route)

=========================================================================
Timing constraint: Default OFFSET OUT AFTER for Clock 'clk'
  Total number of paths / destination ports: 8 / 8
-------------------------------------------------------------------------
Offset:              0.632ns (Levels of Logic = 1)
  Source:            data_1 (FF)
  Destination:       data<1> (PAD)
  Source Clock:      clk rising

  Data Path: data_1 to data<1>
                                Gate     Net
    Cell:in->out      fanout   Delay   Delay  Logical Name (Net Name)
    ----------------------------------------  ------------
     FDC:C->Q              8   0.254   0.378  data_1 (data_1)
     OBUF:I->O                 0.000          data_1_OBUF (data<1>)
    ----------------------------------------
    Total                      0.632ns (0.254ns logic, 0.378ns route)
                                       (40.2% logic, 59.8% route)

=========================================================================

Cross Clock Domains Report:
--------------------------

Clock to Setup on destination clock _n0032
---------------+---------+---------+---------+---------+
               | Src:Rise| Src:Fall| Src:Rise| Src:Fall|
Source Clock   |Dest:Rise|Dest:Rise|Dest:Fall|Dest:Fall|
---------------+---------+---------+---------+---------+
clk            |         |         |    1.015|         |
---------------+---------+---------+---------+---------+

Clock to Setup on destination clock clk
---------------+---------+---------+---------+---------+
               | Src:Rise| Src:Fall| Src:Rise| Src:Fall|
Source Clock   |Dest:Rise|Dest:Rise|Dest:Fall|Dest:Fall|
---------------+---------+---------+---------+---------+
_n0032         |         |    0.698|         |         |
clk            |    1.511|         |         |         |
---------------+---------+---------+---------+---------+

=========================================================================


Total REAL time to Xst completion: 14.00 secs
Total CPU time to Xst completion: 13.67 secs

-->

Total memory usage is 316800 kilobytes

Number of errors   :    0 (   0 filtered)
Number of warnings :    5 (   0 filtered)
Number of infos    :    1 (   0 filtered)

</next_stute</next_stute</next_stute</next_stute

dddk

状态转换改成阻塞赋值也一样。

`timescale 1ns/1ps

module FSM_test
(
        input wire last,
        input wire f_begin,
        input wire clk,
        input wire rst,
        output reg [7:0] data
);

reg [3:0] stute;
reg [3:0] next_stute;

always @ (posedge clk or posedge rst)
begin
        if(rst)
        begin
                stute <= 'd1;
        end
        else
        begin
                stute <= next_stute;
        end
end

always @ (*)
begin
        if(rst)
        begin
                next_stute = 'd1;
        end
        else
        begin
                case (stute)
                        'd1 : begin
                        if(f_begin)
                                next_stute = 'd2;
                        end
                        'd2 : begin
                                next_stute = 'd4;
                        end
                        'd4 : begin
                                next_stute = 'd8;
                        end
                        'd8 : begin
                                next_stute = 'd2;
                                if (last)
                                        next_stute = 'd1;
                        end
                        default : begin
                                next_stute = 'd1;
                        end
                endcase
        end
end

always @ (posedge clk or posedge rst)
begin
        if(rst)
        begin
                data <= 'd0;
        end
        else
        begin
                case (stute)
                        'd1 : begin
                        if(f_begin)
                                data <= 'd2;
                        end
                        'd2 : begin
                                data <= 'd4;
                        end
                        'd4 : begin
                                data <= 'd8;
                        end
                        'd8 : begin
                                data <= data+1;
                        end
                        default : begin
                                data <= 'd0;
                        end
                endcase
        end
end
endmodule

dddk

改成两段式结果也一样

`timescale 1ns/1ps

module FSM_test
(
        input wire last,
        input wire f_begin,
        input wire clk,
        input wire rst,
        output reg [7:0] data
);

reg [3:0] state;
reg [3:0] next_state;

always @ (posedge clk or posedge rst)
begin
        if(rst)
        begin
                state <= 'd1;
        end
        else
        begin
                state <= next_state;
        end
end

always @ (next_state or rst or state or f_begin or last)
begin
        if(rst)
        begin
                next_state = 'd1;
        end
        else
        begin
                case (state)
                        'd1 : begin
                        if(f_begin)
                                next_state = 'd2;
                                data = 'd2;
                        end
                        'd2 : begin
                                next_state = 'd4;
                                data = 'd4;
                        end
                        'd4 : begin
                                next_state = 'd8;
                                data = 'd8;
                        end
                        'd8 : begin
                                next_state = 'd2;
                                data = data+1;
                                if (last)
                                        next_state = 'd1;
                        end
                        default : begin
                                next_state = 'd1;
                        end
                endcase
        end
end
endmodule

Timme

case 'd1那里，只有if没有else造成if条件未击中时latch。

不建议fsm独立写组合逻辑，这个做法落后了20年。一个时序always块写完就可以了。

pengch0416

回复 4# Timme


    楼主的这种写法不是三段式吗？

dddk

最新的方法是怎么写？请指教！基本上每本教科书三段式和二段式是标准的推荐写法啊。

关于if，我去试一下

case 'd1那里，只有if没有else造成if条件未击中时latch。

不建议fsm独立写组合逻辑，这个做法落后了20年 ...
Timme 发表于 2012-9-7 10:33

                               
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dddk

已经验证生成lutche不是因为if没有else保护。
从设计上来说，是可能生成lutch的，但是我以为，这种标准格式，综合其会自动识别，避免lutche，直接生成组合逻辑

最新的方法是怎么写？请指教！基本上每本教科书三段式和二段式是标准的推荐写法啊。

关于if，我去试一下 ...
dddk 发表于 2012-9-7 22:07

                               
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dddk

已经验证生成lutche不是因为if没有else保护。
从设计上来说，是可能生成lutch的，但是我以为，这种标准格式，综合其会自动识别，避免lutche，直接生成组合逻辑

最新的方法是怎么写？请指教！基本上每本教科书三段式和二段式是标准的推荐写法啊。

关于if，我去试一下 ...
dddk 发表于 2012-9-7 22:07

                               
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Timme

回复 1# dddk

1. 
   
2. `timescale 1ns/1ps
   
3. 
   
4. module FSM_test
   
5. (
   
6.          input wire last,
   
7.          input wire f_begin,
   
8.          input wire clk,
   
9.          input wire rst,
   
10.          output reg [7:0] data
    
11. );
    
12. 
    
13. reg [3:0] stute;
    
14. reg [3:0] next_stute;
    
15. 
    
16. always @ (posedge clk or posedge rst)
    
17. begin
    
18.          if(rst)
    
19.          begin
    
20.                  stute <= 'd1;
    
21.          end
    
22.          else
    
23.          begin
    
24.                  stute <= next_stute;
    
25.          end
    
26. end
    
27. 
    
28. always @ (*)
    
29. begin
    
30.          if(rst)
    
31.          begin
    
32.                  next_stute = 'd1;
    
33.          end
    
34.          else
    
35.          begin
    
36.                  case (stute)
    
37.                          'd1 : begin
    
38.                          if(f_begin)
    
39.                                  next_stute = 'd2;
    
40.                         
    
41. else
    
42.                                  next_stute = 'd1; //Modified                         end
    
43.                          'd2 : begin
    
44.                                  next_stute = 'd4;
    
45.                          end
    
46.                          'd4 : begin
    
47.                                  next_stute = 'd8;
    
48.                          end
    
49.                          'd8 : begin
    
50.                                  next_stute = 'd2;
    
51.                                  if (last)
    
52.                                          next_stute = 'd1;
    
53.                          end
    
54.                          default : begin
    
55.                                  next_stute = 'd1;
    
56.                          end
    
57.                  endcase
    
58.          end
    
59. end
    
60. 
    
61. always @ (posedge clk or posedge rst)
    
62. begin
    
63.          if(rst)
    
64.          begin
    
65.                  data <= 'd0;
    
66.          end
    
67.          else
    
68.          begin
    
69.                  case (stute)
    
70.                          'd1 : begin
    
71.                          if(f_begin)
    
72.                                  data <= 'd2;
    
73.                          end
    
74.                          'd2 : begin
    
75.                                  data <= 'd4;
    
76.                          end
    
77.                          'd4 : begin
    
78.                                  data <= 'd8;
    
79.                          end
    
80.                          'd8 : begin
    
81.                                  data <= data+1;
    
82.                          end
    
83.                          default : begin
    
84.                                  data <= 'd0;
    
85.                          end
    
86.                  endcase
    
87.          end
    
88. end
    
89. endmodule
    
90. 
    

复制代码

就这段代码，能综合出Latch我吃鼠标

dddk

回复  dddk




就这段代码，能综合出Latch我吃鼠标
Timme 发表于 2012-9-8 09:38

                               
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你好。你的方法是正解！！！综合器认识他是状态机了！
为什么？请指点！多谢了！