利用状态机的状态机实现层次结构化设计

练习九.利用状态机的嵌套实现层次结构化设计目的：１.运用主状态机与子状态机产生层次化的逻辑设计；
　２.在结构化设计中灵活使用任务（task）结构。
在上一节，我们学习了如何使用状态机的实例。实际上，单个有限状态机控制整个逻辑电路的运转在实际设计中是不多见，往往是状态机套用状态机，从而形成树状的控制核心。这一点也与我们提倡的层次化、结构化的自顶而下的设计方法相符，下面我们就将提供一个这样的示例以供大家学习。
该例是一个简化的EPROM的串行写入器。事实上，它是一个EPROM读写器设计中实现写功能的部分经删节得到的，去除了EPROM的启动、结束和EPROM控制字的写入等功能，只具备这样一个雏形。工作的步骤是：１.地址的串行写入；２.数据的串行写入；3.给信号源应答，信号源给出下一个操作对象；４.结束写操作。通过移位令并行数据得以一位一位输出。
模块源代码：
module wriTIng(reset,clk,address,data,sda,ack);
input reset,clk;
input[7:0] data,address;
output sda,ack;　//sda负责串行数据输出；
　　　　　　　　 //ack是一个对象操作完毕后，模块给出的应答信号。
reg link_write;　//link_write 决定何时输出。
reg[3:0] state;　//主状态机的状态字。
reg[4:0] sh8out_state;　//从状态机的状态字。
reg[7:0] sh8out_buf; //输入数据缓冲。
reg finish_F; //用以判断是否处理完一个操作对象。
reg ack;
parameter
idle=0,addr_write=1,data_write=2,stop_ack=3;
parameter
bit0=1,bit1=2,bit2=3,bit3=4,bit4=5,bit5=6,bit6=7,bit7=8;
assign sda = link_write? sh8out_buf[7] : 1bz;
always @(posedge clk)
begin
if(!reset) //复位。
begin
link_write= 0;
state = idle;
finish_F = 0;
sh8out_state=idle;
ack= 0;
sh8out_buf=0;
end
else
case(state)
idle:
begin
link_write = 0;
state = idle;
finish_F = 0;
sh8out_state=idle;
ack= 0;
sh8out_buf=address;
state = addr_write;
end
addr_write: //地址的输入。
begin
if(finish_F==0)
begin shift8_out; end
else
begin
sh8out_state = idle;
sh8out_buf = data;
state = data_write;
finish_F = 0;
end
end
data_write: //数据的写入。
begin
if(finish_F==0)
begin shift8_out; end
else
begin
link_write = 0;
state = stop_ack;
finish_F = 0;
ack = 1;
end
end
stop_ack: //完成应答。
begin
ack = 0;
state = idle;
end

endcase
end
task shift8_out; //串行写入。
begin
case(sh8out_state)
idle:
begin
link_write = 1;
sh8out_state = bit0;
end
bit0:
begin
link_write = 1;
sh8out_state = bit1;
sh8out_buf = sh8out_buf1;
end
bit1:
begin
sh8out_state=bit2;
sh8out_buf=sh8out_buf1;
end
bit2:
begin
sh8out_state=bit3;
sh8out_buf=sh8out_buf1;
end
bit3:
begin
sh8out_state=bit4;
sh8out_buf=sh8out_buf1;
end
bit4:
begin
sh8out_state=bit5;
sh8out_buf=sh8out_buf1;
end

bit5:
begin
sh8out_state=bit6;
sh8out_buf=sh8out_buf1;
end
bit6:
begin
sh8out_state=bit7;
sh8out_buf=sh8out_buf1;
end
bit7:
begin
link_write= 0;
finish_F=finish_F+1;
end

endcase
end
endtask
endmodule
测试模块源代码：
`TImescale 1ns/100ps
`define clk_cycle 50
module wriTIngTop;
reg reset,clk;
reg[7:0] data,address;
wire ack,sda;
always #`clk_cycle clk = ~clk;
iniTIal
begin
clk=0;
reset=1;
data=0;
address=0;
#(2*`clk_cycle) reset=0;
#(2*`clk_cycle) reset=1;
#(100*`clk_cycle) $stop;
end
always @(posedge ack) //接收到应答信号后，给出下一个处理对象。
begin
data=data+1;
address=address+1;
end
writing writing(.reset(reset),.clk(clk),.data(data),
.address(address),.ack(ack),.sda(sda));
endmodule
仿真波形：[[wysiwyg_imageupload:252:height=174,width=496]]
练习：仿照上例，编写一个实现EPROM内数据串行读取的模块。编写测试模块，给出仿真波形。