always_ff
Ara

Dizi dedektörü üreteci: SystemVerilog'da Moore ve Mealy FSM'ler

Bir bit deseni yazın; onu yakalayan durum makinesini, Moore ya da Mealy, örtüşen ya da örtüşmeyen, canlı bir diyagram ve SystemVerilog kodu olarak alın.

Sınır
6 bit
Yayımlandı
Yazarlık
Taslağı yapay zekâ desteğiyle hazırlandı, İsmail tarafından gözden geçirildi

Bu sayfayı İngilizce oku

1 ile 6 bit; ilk gelen bit başta.

Örtüşme
Çıkış
Process sayısı
Kodlama

5 state, 10 geçiş. Moore: found, S1011 state'inde 1.

10011010053. satır1rst_nIDLES1S1044–47. satırS101S1011found=1

“Çalıştır” bu senaryoyu baştan oynatır; bir girişe basmak buradan devam eder.

Çalışan bir state machine (durum makinesi): state diyagramı ve dalga biçimi aynı zaman ekseninde. Girişler: rst_n, sig_in. Çıkışlar: found. clk periyodu 8 tick. Makinenin 5 state'i var: IDLE, S1, S10, S101 ve S1011; reset ile IDLE state'inde başlar; 10 geçişi var. Dalga biçimi şunları gösteriyor: clk, rst_n, sig_in, state, found.

Şekil 1. “Çalıştır” düğmesine basın: sig_in, 1011 desenini her clock periyodunda bir bit olmak üzere taşır ve yanan state onu S1011 state'ine kadar izler.

sequence_detector_1011.sv
// sequence_detector_1011: generated from a state diagram on alwaysff.com.
// Detects 1011 on sig_in, overlapping: 1011011 holds it twice.
// Moore: found is high for the clock period after the last bit.
// Reset style: asynchronous, active low.
module sequence_detector_1011 (
    input  logic clk,
    input  logic rst_n,
    input  logic sig_in,
    output logic found
);

  typedef enum logic [2:0] {
    IDLE  = 3'd0,
    S1    = 3'd1,
    S10   = 3'd2,
    S101  = 3'd3,
    S1011 = 3'd4
  } state_t;

  state_t state, next;

  // The state register: the only flip-flops in the module.
  always_ff @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if (!rst_n) begin
      state <= IDLE;
    end else begin
      state <= next;
    end
  end

  // Next state. The default assignment holds the state when no branch fires,
  // so no arm can leave a latch behind.
  always_comb begin
    next = state;
    unique case (state)
      IDLE: begin
        if (sig_in) next = S1;
        else if (!sig_in) next = IDLE;
      end
      S1: begin
        if (!sig_in) next = S10;
        else if (sig_in) next = S1;
      end
      S10: begin
        if (sig_in) next = S101;
        else if (!sig_in) next = IDLE;
      end
      S101: begin
        if (sig_in) next = S1011;
        else if (!sig_in) next = S10;
      end
      S1011: begin
        if (!sig_in) next = S10;
        else if (sig_in) next = S1;
      end
      default: next = IDLE;
    endcase
  end

  // Moore output: a function of the state alone.
  always_comb begin
    found = 1'b0;
    unique case (state)
      S1011:   found = 1'b1;
      default: ;
    endcase
  end

endmodule

Sonucu nasıl okursunuz

Her state (durum), desenin ne kadarının geldiğini gösterir. IDLE desenden henüz hiçbir şey görmemiştir; S1, S10 ve S101 desenin ilk bir, iki ve üç bitini görmüştür. Moore makinesinin son state'i, 1011 deseni için S1011, desenin tamamını görmüştür ve found'un 1 olduğu tek state odur. Her state'ten iki ok çıkar, sig_in'in her değeri için bir tane; oklar, kodun sig_in ve !sig_in testlerine karşılık 1 ya da 0 ile etiketlenir. Kodda her state'in ilk if'i, eşleşmeyi bir adım ileri taşıyan bitin okudur; Mealy makinesinde eşleşmeyi tamamlayan okta ayrıca / found yazar.

Şekil iki senaryo oynatır. Yakala reset'i bırakır ve deseni bir kez, her clock periyodunda bir bit olarak verir: makine deseni state state izler ve found'un yükseldiği yerde durur. Örtüşme, desen kendisiyle örtüşebiliyorsa vardır. Deseni iki kez, iki eşleşme bitleri paylaşacak biçimde içeren en kısa girişi verir, 1011 için 1011011, ve bu dedektörün deseni bir kez mi iki kez mi bulduğunu dalga biçimi gösterir.

Kod, referans sayfalarındaki kod gibi sitenin kendi stiliyle yazılır. Her state unique case'in bir kolu, her ok da o kolun if zincirinde bir daldır. Diyagramda bir state'in ya da okun üzerine gelin veya klavyeyle ona ulaşın: koddaki satırları yanar. Bir satırın üzerine geldiğinizde de diyagramdaki karşılığı yanar. Kod bloğunun çubuğundaki “Kopyala” kodu kopyalar, “İndir” ise onu modülün adını taşıyan bir dosya olarak kaydeder.

Makine nasıl kurulur

Makinenin temeli desenin prefix fonksiyonudur (önek fonksiyonu); Knuth–Morris–Pratt aramasının kalbindeki tablo. Desenin her öneki için, aynı zamanda desenin de öneki olan en uzun öz soneki kaydeder ve bir uyuşmazlıkta makinenin nereye gideceğini bu belirler. 1011 dedektöründe 101'den sonra gelen bir 0, makineyi IDLE'a döndürmez: giriş artık 10 ile biter, bu da desenin ilk iki bitidir; makine S10'a gider. IDLE'a dönmek, başarısız bir eşleşmenin içinde başlayan her eşleşmeyi kaçırmak olurdu.

Bir eşleşme makineyi iki yerde bırakabilir. Örtüşen dedektörde bir eşleşmeyi bitiren bitler bir sonrakini başlatabilir: 1011'den sonra son 1 desenin ilk biti olduğundan makine S1'deymiş gibi devam eder. Örtüşmeyen dedektörde eşleşme bitlerini harcar ve makine IDLE'dan yeniden başlar. 1000 gibi, aynı zamanda öneki olan bir öz soneki bulunmayan bir desen kendisiyle örtüşemez; o zaman iki seçim aynı makineyi kurar ve kontrollerin altındaki satır bunu söyler.

Moore ve Mealy, kodun biçimleri

Moore makinesi eşleşmeyi kendine ait bir state'te bildirir: n bit için n + 1 state vardır ve found, son biti alan kenardan sonraki clock periyodu boyunca 1'dir. Mealy makinesi eşleşmeyi onu tamamlayan okta bildirir: n state vardır ve found, son bit sig_in üzerindeyken, kenardan önce 1 olur; çünkü state'e olduğu kadar girişe de bağlıdır.

Process sayısı kodun nasıl bölündüğünü seçer. Üç process'te state register'ı, sonraki state mantığı ve çıkış mantığı üç ayrı bloktadır. İki process'te sonraki state ve çıkışlar tek bir always_comb içindedir. Tek process'te her şey always_ff içindedir ve çıkışlar, state ile aynı kenarda değişen register'lara dönüşür. Moore çıkışı zaten o kenarda değişir; Mealy çıkışı ise girişe kenardan önce cevap verir ve register olunca bir clock periyodu geç cevap verirdi. Bu yüzden tek process yalnızca Moore makineleri için sunulur.

Kodlama, typedef enum'ın tanımladığı kodları ve dalga biçimindeki state satırını belirler: binary state'leri sırayla sayar, Gray komşu kodlar arasında tek bir bit değiştirir, one-hot ise her state'e kendine ait bir bit verir.

Sınırlar

Desenler 1 ile 6 bit arasıdır. Makinenin tek bir girişi, sig_in, ve tek bir çıkışı, found, vardır; adlar referans sayfasındakilerle aynıdır. Reset asenkron ve active-low'dur, rst_n; kod bunu başlığında söyler. İkisi dışında her diyagram otomatik olarak yerleştirilir ve 4 bite kadar her biri 360 px'lik bir telefona sığar; daha genişleri kendi çerçevesinin içinde kayar. O iki makine, örtüşmeyen Mealy 00 ve 11, bir state çifti arasında otomatik yerleşimin çizemediği üç ok taşır ve elle yerleştirilmiştir. Bir dedektörün ilk reset'inden önce, register bilinen bir değer tutmazken ne yaptığı, makinesi bu üretecin varsayılanı olan 1011 referans sayfasının konusudur.

Bir hata mı buldunuz? Düzeltme gönderin