FPGA 序列檢測器（上篇）—— 使用摩爾狀態機實現

前幾天參加了一場面試，選擇題凈是關於實際開發的關鍵知識，對於沒有項目經驗的我而言，完全不知所雲。在看不到成功的希望的同時，最后的序列檢測本應該是手到擒拿，結果以翻車結束。這里吃一塹長一智，避免下次出現類似的悲劇。

題目是檢測序列 11001，使用三段時狀態機：

這里約定以下信號，

1. 時鍾                    clk
2. 復位（低電平有效）            rst_n
3. 數據輸入                    dat_in
4. 檢測結果輸出（檢測到了就置位）    check
5. 啟動信號                    go

這里約定使用摩爾狀態機，米里機的在下一章：

檢測方式，遇到這樣包含重復序列的信號的話就直接忽略后面的序列（xxxx110011001xxx）

首先是檢測表（姑且就這么叫吧），數學上叫二叉樹、二叉表，但是我呢，比較任性。

Start
0	1
00	01	10	11
000	001	010	011	100	101	110	111
0000	0001	0010	0011	0100	0101	0110	0111	1000	1001	1010	1011	1100	1101	1110	1111
00000	00001	00010	00011	00100	00101	00110	00111	01000	01001	01010	01011	01100	01101	01110	01111	10000	10001	10010	10011	10100	10101	10110	10111	11000	11001	11010	11011	11100	11101	11110	11111

 

這個表很重要，它展示了信息分類的結果，每一步都只有兩個選擇，在表中紅色的表示正確的序列，黃色的表示還可以繼續檢測的序列，而黑色的表示必須回到開始的序列。

在這個表中，存在很多判斷結構，比如第四行第八列的值為 111，它包含兩個正確的 11，狀態機應該回到上一步。

這里約定狀態

    Start:    初始狀態，go 信號置位，進入狀態 S0

    S0:    有零個正確值 ，

    S1:    有一個正確值 11

    S2：    有兩個正確值 11

    S3：    有三個正確值 110

    S4：    有四個正確值 1100

    S5:    有五個正確值 11001

狀態轉移圖如下：

狀態機的輸出就比較簡單了，摩爾機的輸出只與現態有關：

僅僅狀態 S5 的時候輸出 1，其他情況輸出 0。

Word 寫文件多好，面試非要用筆，本來期望答案寫的像小學語文作業，結果弄的像醫生的處方一樣。

開始經典的三段式狀態機：

代碼如下：

仿真結果如下：

    

時序報告：

可以看到，這個三段式狀態機大概能跑 730MHz，似乎速度還不錯。

較高的速度也拜良好的編碼習慣所賜。

下一章描述米里狀態機。畢竟知識也需要經常溫習，避免忘記。