設計可綜合狀態(tài)機的指導原則

(1)獨熱碼

因為大多數(shù)FPGA內(nèi)部的觸發(fā)器數(shù)目相當多，又加上獨熱碼狀態(tài)機(ONe hot STate machine)的譯碼邏輯最為簡單，所以在設計采用FPGA實現(xiàn)的狀態(tài)機時，往往采用獨熱碼狀態(tài)機(即每個狀態(tài)只有一個寄存器置位的狀態(tài)機)。

(2)case語句

建議采用case、casex或casez語句來建立狀態(tài)機的模型。因為這些語句表達清晰明了，可以方便地從當前狀態(tài)分支轉(zhuǎn)向下一個狀態(tài)并設置輸出。

采用這些語句設計狀態(tài)機時，不要忘記寫上case語句的最后一個分支default，并將狀態(tài)變量設為'bx。這就等于告知綜合器：case語句已經(jīng)指定了所有的狀態(tài)。這樣綜合器就可以刪除不需要的譯碼電路，使生成的電路簡潔，并與設計要求一致。

如果將缺省狀態(tài)設置為某一確定的狀態(tài)(例如：設置default：state = state1)，行不行呢?”這樣做有一個問題需要注意：因為盡管綜合器產(chǎn)生的邏輯和設置“default：state='bx”時相同，但是狀態(tài)機的Verilog HDL模型綜合前和綜合后的仿真結(jié)果會不一致。

為什么會是這樣呢?因為啟動仿真器時，狀態(tài)機所有的輸入都不確定，因此立即進入default狀態(tài)。如果通過設置將狀態(tài)變量設為state1，但是實際硬件電路的狀態(tài)機在通電之后，進入的狀態(tài)是不確定的，很可能不是state1的狀態(tài)，這樣就會產(chǎn)生不必要的沖突。

因此，還是設置“default：state='bx”與實際硬件電路相一致。但在有多余狀態(tài)的情況下還是應將缺省狀態(tài)設置為某一確定的有效狀態(tài)，因為這樣做能使狀態(tài)機若偶然進入多余狀態(tài)后仍能在下一時鐘跳變沿時返回正常工作狀態(tài)，否則會引起死鎖。

(3)復位

狀態(tài)機應該有一個異步或同步復位端，以便在通電時將硬件電路復位到有效狀態(tài)，也可以在操作中將硬件電路復位(大多數(shù)FPGA結(jié)構(gòu)都允許使用異步復位端)。

(4)惟一觸發(fā)

目前大多數(shù)綜合器往往不支持在一個always塊中由多個事件觸發(fā)的狀態(tài)機(即隱含狀態(tài)機，implicit state machines)。因此為了能綜合出有效的電路，用Verilog HDL描述的狀態(tài)機應明確地由惟一時鐘觸發(fā)。

(5)異步狀態(tài)機

異步狀態(tài)機是沒有確定時鐘的狀態(tài)機，它的狀態(tài)轉(zhuǎn)移不是由惟一的時鐘跳變沿所觸發(fā)。目前大多數(shù)綜合器不能綜合采用Verilog HDL描述的異步狀態(tài)機。

因此應盡量不要使用綜合工具來設計異步狀態(tài)機。因為目前大多數(shù)綜合工具在對異步狀態(tài)機進行邏輯優(yōu)化時會胡亂地簡化邏輯，使綜合后的異步狀態(tài)機不能正常工作。如果一定要設計異步狀態(tài)機，建議采用電路圖輸入的方法，而不要用Verilog HDL輸入的方法。

(6)狀態(tài)賦值

Verilog HDL中，狀態(tài)必須明確賦值，通常使用參數(shù)parameters或宏定義define語句加上賦值語句來實現(xiàn)。

使用參數(shù)parameters語句賦狀態(tài)值如下所示：

parameter state1 = 2 'h1, state2 = 2 'h2;

...

current_state = state2; //把current state設置成 2'h2

...

使用宏定義define語句賦狀態(tài)值如下所示：

'define state1 2 'h1

'define state2 2 'h2

...

current_state = 'state2; //把current state設置成 2 'h2