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Finite State Manchines
2014 q3c
m2014 q6b
m2014 q6c
m2014 q6
2012 q2fsm
2012 q2b
2013 q2afsm
2013 q2bfsm
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HDLBits 刷题来到了最为重要的一部分---有限状态机,都说 Verilog 设计的精髓就是状态机的设计,可见状态机设计的重要性,通过三十多道的状态机的练习,可以更加熟悉状态机设计的要点,通常都设计为三段式,这样设计的状态机层次清晰且易于设计,时序上更为易懂。以下的解题方法不一定为最佳解决方案,有更好的方法欢迎提出,共同学习,共同进步!
Finite State Manchines
2014 q3c
给定如下所示的状态分配表,实现逻辑函数 Y[0] 和 z。
module top_module (
input clk,
input [2:0] y,
input x,
output Y0,
output z
);
//状态申明
parameter A = 3'b000;
parameter B = 3'b001;
parameter C = 3'b010;
parameter D = 3'b011;
parameter E = 3'b100;
reg [2:0] state;
always @(*) begin
case(y)
A: begin
if (x) begin
state = B;
end
else begin
state = A;
end
end
B: begin
if (x) begin
state = E;
end
else begin
state = B;
end
end
C: begin
if (x) begin
state = B;
end
else begin
state = C;
end
end
D: begin
if (x) begin
state = C;
end
else begin
state = B;
end
end
E: begin
if (x) begin
state = E;
end
else begin
state = D;
end
end
default: begin
state = A;
end
endcase
end
//状态机第三段,结果输出,组合逻辑
assign Y0 = state[0];
assign z = (y==D) || (y==E);
endmodule
m2014 q6b
考虑下面显示的状态机,它有一个输入 w 和一个输出 z。
希望使用三个触发器和状态代码 y[3:1] = 000, 001, ..., 101 分别用于状态 A、B、...、F 来实现 FSM。显示此 FSM 的状态分配表。推导触发器 y[2] 的下一个状态表达式。只实现 y[2] 的下一个状态逻辑。
module top_module (
input [3:1] y,
input w,
output Y2
);
//状态定义
parameter A = 3'b000;
parameter B = 3'b001;
parameter C = 3'b010;
parameter D = 3'b011;
parameter E = 3'b100;
parameter F = 3'b101;
reg [3:1] next_state;
always @(*) begin
case(y[3:1])
A: begin
if (w) begin
next_state = A;
end
else begin
next_state = B;
end
end
B: begin
if (w) begin
next_state = D;
end
else begin
next_state = C;
end
end
C: begin
if (w) begin
next_state = D;
end
else begin
next_state = E;
end
end
D: begin
if (w) begin
next_state = A;
end
else begin
next_state = F;
end
end
E: begin
if (w) begin
next_state = D;
end
else begin
next_state = E;
end
end
F: begin
if (w) begin
next_state = D;
end
else begin
next_state = C;
end
end
default: begin
next_state = A;
end
endcase
end
assign Y2 = next_state[2];
endmodule
m2014 q6c
考虑下面显示的状态机,它有一个输入 w 和一个输出 z。
对于此部分,假设一个单热代码分别与状态赋值 'y[6:1] = 000001, 000010, 000100, 001000, 010000, 100000,...,, 100000 一起使用。
为下一状态信号 Y2 和 Y4 编写逻辑表达式。(通过假设独热编码的检查来推导逻辑方程。测试平台将使用非独热输入进行测试,以确保您不会尝试执行更复杂的操作)。
module top_module (
input [6:1] y,
input w,
output Y2,
output Y4
);
assign Y2 = ~w & y[1];
assign Y4 = (w&y[2]) | (w&y[3]) | (w&y[5]) | (w&y[6]);
endmodule
m2014 q6
考虑下面显示的状态机,它有一个输入 w 和一个输出 z。
module top_module (
input clk,
input reset, // synchronous reset
input w,
output z
);
//状态申明
parameter A = 6'b000001;
parameter B = 6'b000010;
parameter C = 6'b000100;
parameter D = 6'b001000;
parameter E = 6'b010000;
parameter F = 6'b100000;
//定义现态和次态
reg [5:0] state;
reg [5:0] next_state;
//状态机第一段,状态初始化,时序逻辑非阻塞赋值
always @(posedge clk) begin
if (reset) begin
state <= A;
end
else begin
state <= next_state;
end
end
//状态机第二段,状态跳转,阻塞赋值
always @(*) begin
next_state = state;
case(state)
A: begin
if (w) begin
next_state = A;
end
else begin
next_state = B;
end
end
B: begin
if (w) begin
next_state = D;
end
else begin
next_state = C;
end
end
C: begin
if (w) begin
next_state = D;
end
else begin
next_state = E;
end
end
D: begin
if (w) begin
next_state = A;
end
else begin
next_state = F;
end
end
E: begin
if (w) begin
next_state = D;
end
else begin
next_state = E;
end
end
F: begin
if (w) begin
next_state = D;
end
else begin
next_state = C;
end
end
endcase
end
//状态机第三段,结果输出,组合逻辑
assign z = (state==E | state==F);
endmodule
2012 q2fsm
编写表示此 FSM 的完整 Verilog 代码。对状态表和状态触发器使用单独的 always 块。描述 FSM 输出,称为 z,使用连续赋值语句或 always 块。
module top_module (
input clk,
input reset, // Synchronous active-high reset
input w,
output z
);
//状态申明
parameter A = 6'b000001;
parameter B = 6'b000010;
parameter C = 6'b000100;
parameter D = 6'b001000;
parameter E = 6'b010000;
parameter F = 6'b100000;
//定义现态和次态
reg [5:0] state;
reg [5:0] next_state;
//状态机第一段,状态初始化,时序逻辑非阻塞赋值
always @(posedge clk) begin
if (reset) begin
state <= A;
end
else begin
state <= next_state;
end
end
//状态机第二段,状态跳转,阻塞赋值
always @(*) begin
next_state = state;
case(state)
A: begin
if (w) begin
next_state = B;
end
else begin
next_state = A;
end
end
B: begin
if (w) begin
next_state = C;
end
else begin
next_state = D;
end
end
C: begin
if (w) begin
next_state = E;
end
else begin
next_state = D;
end
end
D: begin
if (w) begin
next_state = F;
end
else begin
next_state = A;
end
end
E: begin
if (w) begin
next_state = E;
end
else begin
next_state = D;
end
end
F: begin
if (w) begin
next_state = C;
end
else begin
next_state = D;
end
end
default: begin
next_state = A;
end
endcase
end
//状态机第三段,结果输出,组合逻辑
assign z = (state==E | state==F);
endmodule
2012 q2b
假设一个独热代码与状态赋值 y[5:0] = 000001(A)、 000010(B)、 000100(C)、 001000(D)、 010000(E)、 100000(F)
为信号Y1编写一个逻辑表达式,它是状态触发器y[1]的输入。
为信号Y3编写一个逻辑表达式,它是状态触发器y[3]的输入。
(通过假设一个热编码的检查来推导逻辑方程。测试平台将使用非一个热输入进行测试,以确保您不会尝试执行更复杂的操作)。
2013 q2afsm
此 FSM 充当仲裁器电路,通过三个请求设备控制对某种类型资源的访问。每个设备通过设置信号 r[i] = 1 来请求资源,其中 r[i] 为 r[1]、r[2] 或 r[3]。每个 r[i] 是 FSM 的输入信号,代表三个器件之一。只要没有请求,FSM 就会保持在状态 A 中。当发生一个或多个请求时,FSM 决定哪个设备接收使用资源的授权,并更改为将该设备的 g[i] 信号设置为 1 的状态。每个 g[i] 都是 FSM 的一个输出。有一个优先级系统,因为设备 1 的优先级高于设备 2,设备 3 的优先级最低。因此,例如,仅当设备 3 是 FSM 处于状态 A 时发出请求的唯一设备时,它才会收到授权。一旦设备 i 被 FSM 授予授权,只要其请求 r[i] = 1,该设备就会继续接收授权。
编写表示此 FSM 的完整 Verilog 代码。对状态表和状态触发器使用单独的 always 块,就像在讲座中所做的那样。描述 FSM 输出 g[i],使用连续赋值语句或 always 块。
module top_module (
input clk,
input resetn, // active-low synchronous reset
input [3:1] r, // request
output [3:1] g // grant
);
//状态定义
parameter A = 4'b0001;
parameter B = 4'b0010;
parameter C = 4'b0100;
parameter D = 4'b1000;
//定义现态和次态
reg [3:0] state;
reg [3:0] next_state;
//状态机第一段,状态初始化,时序逻辑非阻塞赋值
always @(posedge clk) begin
if (!resetn) begin
state <= A;
end
else begin
state <= next_state;
end
end
//状态机第二段,状态跳转,非阻塞赋值
always @(*) begin
next_state = state;
case(state)
A: begin
if (r[1]) begin
next_state = B;
end
else if (~r[1] & r[2]) begin
next_state = C;
end
else if (~r[1] & ~r[2] & r[3]) begin
next_state = D;
end
else begin
next_state = A;
end
end
B: begin
if (~r[1]) begin
next_state = A;
end
else begin
next_state = B;
end
end
C: begin
if (~r[2]) begin
next_state = A;
end
else begin
next_state = C;
end
end
D: begin
if (~r[3]) begin
next_state = A;
end
else begin
next_state = D;
end
end
default: begin
next_state = A;
end
endcase
end
//状态机第三段,结果输出,组合逻辑
assign g[1] = state==B;
assign g[2] = state==C;
assign g[3] = state==D;
endmodule
2013 q2bfsm
考虑一个用于控制某种类型电机的有限状态机。FSM具有来自电机的输入x和y,并产生控制电机的输出f和g。还有一个称为clk的时钟输入和一个称为resetn的复位输入。
密克罗尼西亚联邦必须按如下方式工作。只要置位复位输入,FSM 就会保持开始状态,称为状态 A。当复位信号被解除置位时,在下一个时钟边沿之后,FSM必须将输出f设置为1,持续一个时钟周期。然后,FSM 必须监视 x 输入。当 x 在三个连续的时钟周期中生成值 1, 0, 1 时,应在下一个时钟周期中将 g 设置为 1。在保持 g = 1 的同时,FSM 必须监视 y 输入。如果 y 在最多两个时钟周期内具有值 1,则 FSM 应永久保持 g = 1(即,直到重置)。但是,如果 y 在两个时钟周期内未变为 1,则 FSM 应永久设置 g = 0(直到重置)。
module top_module (
input clk,
input resetn, // active-low synchronous reset
input x,
input y,
output f,
output g
);
//状态定义
parameter START = 9'b000000001;
parameter OUT_F = 9'b000000010;
parameter X_1 = 9'b000000100;
parameter X_2 = 9'b000001000;
parameter X_3 = 9'b000010000;
parameter OUT_G = 9'b000100000;
parameter G_1 = 9'b001000000;
parameter WAIT = 9'b010000000;
parameter G_0 = 9'b100000000;
//现态和次态
reg [8:0] state;
reg [8:0] next_state;
//状态机第一段,状态初始化,时序逻辑非阻塞赋值
always @(posedge clk) begin
if (!resetn) begin
state <= START;
end
else begin
state <= next_state;
end
end
//状态机第二段,状态跳转,阻塞赋值
always @(*) begin
next_state = state;
case(state)
START: begin
next_state = OUT_F;
end
OUT_F: begin
next_state = X_1;
end
X_1: begin
if (x) begin
next_state = X_2;
end
else begin
next_state = X_1;
end
end
X_2: begin
if (x) begin
next_state = X_2;
end
else begin
next_state = X_3;
end
end
X_3: begin
if (x) begin
next_state = OUT_G;
end
else begin
next_state = X_1;
end
end
OUT_G: begin
if (y) begin
next_state = G_1;
end
else begin
next_state = WAIT;
end
end
WAIT: begin
if (y) begin
next_state = G_1;
end
else begin
next_state = G_0;
end
end
G_1: begin
next_state = G_1;
end
G_0: begin
next_state = G_0;
end
default: begin
next_state = START;
end
endcase
end
//状态机第三段,结果输出,组合逻辑
assign f = state==OUT_F;
assign g = (state==OUT_G) | (state==G_1) | (state==WAIT);
endmodule