Detector de secuencia en Verilog: Construye un FSM fiable para reconocimiento de patrones
Un ejemplo muy común de FSM (Máquina de Estados Finitos) es el detector de secuencia donde el hardware debe detectar cuándo un patrón fijo aparece en una stream de bits binarios de entrada.
Ejemplo
module det_1011 (
input clk,
input rstn,
input in,
output out
);
parameter IDLE = 0, S1 = 1, S10 = 2, S101 = 3, S1011 = 4;
reg [2:0] cur_state, next_state;
assign out = cur_state == S1011 ? 1 : 0;
always @ (posedge clk) begin
if (!rstn) cur_state <= IDLE;
else cur_state <= next_state;
end
always @ (cur_state or in) begin
case (cur_state)
IDLE: begin
if (in) next_state = S1;
else next_state = IDLE;
end
S1: begin
if (in) next_state = IDLE;
else next_state = S10;
end
S10: begin
if (in) next_state = S101;
else next_state = IDLE;
end
S101: begin
if (in) next_state = S1011;
else next_state = IDLE;
end
S1011: begin
next_state = IDLE;
end
endcase
end
endmodule
Testbench
module tb;
reg clk, in, rstn;
wire out;
reg [1:0] l_dly;
reg tb_in;
integer loop = 1;
always #10 clk = ~clk;
det_1011 u0 ( .clk(clk), .rstn(rstn), .in(in), .out(out) );
initial begin
clk <= 0; rstn <= 0; in <= 0;
repeat (5) @ (posedge clk);
rstn <= 1;
// Patrón dirigido
@(posedge clk) in <= 1;
@(posedge clk) in <= 0;
@(posedge clk) in <= 1;
@(posedge clk) in <= 1;
// Patrón completado
@(posedge clk) in <= 0;
@(posedge clk) in <= 0;
@(posedge clk) in <= 1;
@(posedge clk) in <= 1;
@(posedge clk) in <= 0;
@(posedge clk) in <= 1;
@(posedge clk) in <= 1;
// Patrón completado otra vez
// Estímulo aleatorio con for loop
for (int i = 0 ; i < loop; i ++) begin
l_dly = $random;
repeat (l_dly) @ (posedge clk);
tb_in = $random;
in <= tb_in;
end
#100 $finish;
end
endmodule
Salida de simulación:
ncsim> run T=10 in=0 out=0 T=30 in=0 out=0 T=50 in=0 out=0 T=70 in=0 out=0 T=90 in=0 out=0 T=110 in=1 out=0 T=130 in=0 out=0 T=150 in=1 out=0 T=170 in=1 out=0 T=190 in=0 out=1 T=210 in=0 out=0 T=230 in=1 out=0 T=250 in=1 out=0 T=270 in=0 out=0 T=290 in=1 out=0 T=310 in=1 out=0 T=330 in=1 out=1 T=350 in=1 out=0 T=370 in=1 out=0 T=390 in=1 out=0 Simulation complete via $finish(1) at time 410 NS + 0
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