至简设计法中的四段式状态机
0赞本案例：明德扬首创全新FPGA设计技巧--至简设计法，教你如何一步一步去完成一个复杂电路的设计，里面很多有实用技巧，熟练运用这些技巧，有助于你写出非常优秀的FPGA设计代码。非常简洁易读，欢迎比较。
在FPGA中，相信有FPGA学习经验的都能了解，现在流行的状态机设计，一般可分为一段式、两段式和三段式，如果不了解的，可以自行百度。
上面的三种设计法虽然很流行，但设计时仍然要考虑很多因素，导致总是要反反复复调试才能设计成功。这不符合明德扬一次考虑一个因素、一次性设计正确的设计理念。为此，明德扬特推出四段式状态机的写法。
四段式不是指三个always代码，而是四段程序。使用四段式的写法，可参照明德扬GVIM特色指令Ztj产生的状态机模板。
第一段，同步时序的always模块，格式化描述次态迁移到现态寄存器。
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always@(posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n)begin state_c <= IDLE; end else begin state_c <= state_n; end end |
第二段，组合逻辑的always模块，描述状态转移条件判断。注意转移条件用信号来表示，信号名要按明德扬规则来命名。
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always@(*)begin case(state_c) IDLE:begin if(idle2s1_start)begin state_n = S1; end else begin state_n = state_c; end end S1:begin if(s12s2_start)begin state_n = S2; end else begin state_n = state_c; end end S2:begin if(s22idl)begin state_n = IDLE; end else begin state_n = state_c; end end default:begin state_n = IDLE; end endcase end assign idle2s1_start = state_c==IDLE && ; assign s12s2_start = state_c==S1 && ; assign s22idl_start = state_c==S2 && ; |
第三段，用assign定义转移条件。注意条件一定要加上现态。
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assign idle2s1_start = state_c==IDLE && ; assign s12s2_start = state_c==S1 && ; assign s22idl_start = state_c==S2 && ; |
第四段，设计输出信号。明德扬规范要求一个always设计一个信号，因此有多少个输出信号，就有多少个always。
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always @(posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n)begin out1 <=1'b0 end else if(state_c==S1)begin out1 <= 1'b1; end else begin out1 <= 1'b0; end end |
明德扬四段式状态机符合一次只考虑一个因素的设计理念。第一段代码，照抄格式，完全不用想其他的。第二段代码，只考虑状态之间的跳转，也就是说各个状态机之间跳转关系。第三段代码，只考虑跳转条件。第三段，每个信号逐个设计。
明德扬为了保证一次设计正确，还制定了一些规范。例如第二段的跳转条件，只准用信号名代替，并且制定了跳转条件的命名规范，1是解决了命名困难的问题，2是对转移条件一目了然，如idl2s1_start，就可以看出是IDLE跳到S1状态的条件。还有，明德扬规定转移条件的格式，一定是“当前状态&&具体条件”，以防想不到的情况出现。有了这些规范的保证，无论多复杂的场合，任何设计都能有条理、有步骤地一次性设计正确。
