如何設(shè)計FPGA一段式狀態(tài)機?含代碼示例
FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）中的一段式狀態(tài)機（也稱為簡單狀態(tài)機或單進程狀態(tài)機）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)機通常包括一個狀態(tài)寄存器、一個輸入信號、一個輸出信號以及用于狀態(tài)轉(zhuǎn)換的邏輯。
以下是一個使用Verilog HDL編寫的一段式狀態(tài)機的代碼示例：
verilog
module one_stage_fsm (
input clk, // 時鐘信號
input reset, // 異步復(fù)位信號
input start, // 開始信號，用于觸發(fā)狀態(tài)機
output reg done, // 狀態(tài)機完成信號
// ... 可以添加其他輸入和輸出信號
// ...
);
// 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)機設(shè)置到初始狀態(tài)
current_state <= STATE_IDLE;
done <= 0;
// ... 重置其他輸出信號 ...
end else begin
case (current_state)
STATE_IDLE: begin
if (start) begin
// 當(dāng)start信號為高時，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)志或其他信號來表示工作完成 ...
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 ...
// 等待一段時間后或外部信號觸發(fā)可以回到IDLE狀態(tài)
// 例如，如果start信號再次為高，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;
// ... 其他錯誤處理 ...
end
endcase
end
end
// ... 其他邏輯（如輸出邏輯） ...
endmodule
在這個示例中，我們定義了一個具有三個狀態(tài)（IDLE、WORK、DONE）的狀態(tài)機。狀態(tài)轉(zhuǎn)換由時鐘信號clk和復(fù)位信號reset控制。當(dāng)start信號為高時，狀態(tài)機從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（在這個示例中未具體實現(xiàn)），然后轉(zhuǎn)換到DONE狀態(tài)。在DONE狀態(tài)下，設(shè)置done輸出信號為高，表示狀態(tài)機已完成其工作。此外，如果start信號再次為高，狀態(tài)機將返回到IDLE狀態(tài)。
請注意，這個示例僅用于說明如何設(shè)計一段式狀態(tài)機，并且可能需要根據(jù)您的具體需求進行修改和擴展。
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