题目:
Exams/2014 q3bfsm
Given the state-assigned table shown below, implement the finite-state machine. Reset should reset the FSM to state 000.
解题:
c
module top_module (
input clk,
input reset, // Synchronous reset
input x,
output z
);
parameter s0=3'd000,s1=3'd001,s2=3'd010,s3=3'd011,s4=3'd100;
reg [2:0]state,next_state;
always@(posedge clk)begin
if(reset)
state=s0;
else
state=next_state;
end
always@(*)begin
case(state)
s0:next_state=x?s1:s0;
s1:next_state=x?s4:s1;
s2:next_state=x?s1:s2;
s3:next_state=x?s2:s1;
s4:next_state=x?s4:s3;
endcase
end
always@(posedge clk)begin
if(reset)
z=0;
else begin
case(next_state)
s0:z=0;
s1:z=0;
s2:z=0;
s3:z=1;
s4:z=1;
default:z=0;
endcase
end
end
endmodule
结果正确:
注意点:
我一开始编写的代码如下:
c
module top_module (
input clk,
input reset, // Synchronous reset
input x,
output z
);
parameter s0=3'd000,s1=3'd001,s2=3'd010,s3=3'd011,s4=3'd100;
reg [2:0]state,next_state;
always@(posedge clk)begin
if(reset)
state=s0;
else
state=next_state;
end
always@(*)begin
case(state)
s0:next_state=x?s1:s0;
s1:next_state=x?s4:s1;
s2:next_state=x?s1:s2;
s3:next_state=x?s2:s1;
s4:next_state=x?s4:s3;
endcase
end
assign z=next_state==s3|next_state==s4;
endmodule
但是这种跑出来的结果错误。
原因分析:
z 的生成方式:
1、第一段代码:z 是在一个 always 块中根据 next_state 的值来决定的。这个 always 块在时钟上升沿触发,使用了同步逻辑来更新 z 的值。
2、第二段代码:z 是通过一个组合逻辑 assign 语句直接从 next_state 的值计算得到的。这种方法是异步的,不依赖于时钟信号。
同步与异步逻辑:
1、第一段代码:z 是通过时钟同步的方式进行更新的,因此它是同步信号。这个设计确保了 z 的更新与时钟边沿对齐,并且和 state 的更新在同一时钟周期内完成。
2、第二段代码:z 是组合逻辑,直接依赖 next_state 的值进行计算。这个设计意味着 z 的值会随 next_state 的改变而立即改变,而不需要等待时钟边沿。
总结
第一段代码中的 z 是同步更新的,而第二段代码中的 z 是组合逻辑生成的。
如果 z 需要在时钟周期内同步更新,第一段代码更为合适。如果 z 可以即时响应 next_state 的变化,第二段代码则更为简洁和高效。