用一段式建模FSM 的寄存器输出的时候，必须要综合考虑现态在何种状态转移条件下会进入哪些次态，然后在每个现态的case 分支下分别描述每个次态的输出，这显然不符合思维习惯；而三段式建模描述FSM 的状态机输出时，只需指定case 敏感表为次态寄存器，然后直接在每个次态的case 分支中描述该状态的输出即可，根本不用考虑状态转移条件。本例的FSM 很简单，如果设计的FSM 相对复杂，三段式的描述优势就会凸显出来。
另一方面，三段式描述方法与两段式描述相比，虽然代码结构复杂了一些，但是换来的优势是使FSM 做到了同步寄存器输出，消除了组合逻辑输出的不稳定与毛刺的隐患，而且更利于时序路径分组，一般来说在FPGA/CPLD 等可编程逻辑器件上的综合与布局布线效果更佳。
下面以‘101’序列检测器的FSM来说明三段式FSM的写法：
| `timescale 1ns / 1ps ///////////////////////////////////////////////////////////////// // Company: csic // Engineer: shengyi // Create Date: 15:24:44 09/16/2010 // Design Name: seqcheck_fsm3 // Module Name: seqcheck_101 // Project Name: seqcheck_fsm3 // Target Devices: V5 220t // Tool versions: ise 10.1 // Description: 借'101'序列检测器程序说明FSM的三段式写法 // Dependencies: // Revision: // Revision 0.01 - File Created // Additional Comments: ///////////////////////////////////////////////////////////////// //3-paragraph method to describe FSM //Describe sequential state transition in the 1st sequential always block //State transition conditions in the 2nd combinational always block //Describe the FSM out in the 3rd sequential always block module seqcheck_101( clk, rst, din, dout ); parameter IDLE=4'b0001,S1=4'b0010,S2=4'b0100,S3=4'b1000; input clk; input rst; input din; output dout; reg dout; reg [3:0] current_state,next_state;
//第一部分说明初始状态，和current_state<=next_state //每一个时钟沿产生一次可能的状态变化 always @(posedge clk) begin if(rst) current_state<=IDLE; else current_state<=next_state; end //第二部分，状态转移，产生下一状态的整合逻辑 always @(din or current_state) begin next_state<=4'bx; case(current_state) IDLE: begin if(din==1'b1) next_state<=S1; else next_state<=IDLE; end S1: begin if(din==1'b1) next_state<=S1; else next_state<=S2; end S2: begin if(din==1'b1) next_state<=S3; else next_state<=IDLE; end S3: begin if(din==1'b1) next_state<=S1; else next_state<=S2; end default: next_state<=4'bx; endcase end
//第三段，产生输出 always @(posedge clk) begin if(rst) dout<=1'b0; else begin case(next_state) IDLE:dout<=1'b0; S1:dout<=1'b0; S2:dout<=1'b0; S3:dout<=1'b1; default:dout<=1'bx; endcase end end endmodule |