FPGA狀態機設計

一、狀態機應用設計

一、狀態機基本概念

1.狀態機的描述方法

狀態機描述時關鍵是要描述清楚幾個狀態機的要素，即如何進行狀態轉移，每個狀態的輸出是什麼，狀態轉移的條件等。具體描述時方法各種各樣，最常見的有三種描述方式：

（1）一段式：整個狀態機寫到乙個always模組裡面，在該模組中既描述狀態轉移，又描述狀態的輸入和輸出；

（2）二段式：用兩個always模組來描述狀態機，其中乙個always模組採用同步時序描述狀態轉移；另乙個模組採用組合邏輯判斷狀態轉移條件，描述狀態轉移規律以及輸出；

（3）三段式：在兩個always模組描述方法基礎上，使用三個always模組，乙個always模組採用同步時序描述狀態轉移，乙個always採用組合邏輯判斷狀態轉移條件，描述狀態轉移規律，另乙個always模組描述狀態輸出(可以用組合電路輸出，也可以時序電路輸出)。

一般而言,推薦的fsm 描述方法是後兩種。這是因為：fsm和其他設計一樣，最好使用同步時序方式設計，以提高設計的穩定性，消除毛刺。狀態機實現後，一般來說，狀態轉移部分是同步時序電路而狀態的轉移條件的判斷是組合邏輯。

2.三種狀態機設計的對比

第二種描述方法同第一種描述方法相比，將同步時序和組合邏輯分別放到不同的always模組中實現，這樣做的好處不僅僅是便於閱讀、理解、維護，更重要的是利於綜合器優化**，利於使用者新增合適的時序約束條件，利於布局佈線器實現設計。

在第二種方式的描述中，描述當前狀態的輸出用組合邏輯實現，組合邏輯很容易產生毛刺，而且不利於約束，不利於綜合器和布局佈線器實現高效能的設計。

第三種描述方式與第二種相比，關鍵在於根據狀態轉移規律，在上一狀態根據輸入條件判斷出當前狀態的輸出，從而在不插入額外時鐘節拍的前提下，實現了暫存器輸出。

一、狀態機應用設計

（待更新）