【FPGA学习笔记】VL28 输入序列不连续的序列检测
题目描述：
请编写一个序列检测模块，输入信号端口为data，表示数据有效的指示信号端口为data_valid。当data_valid信号为高时，表示此刻的输入信号data有效，参与序列检测；当data_valid为低时，data无效，抛弃该时刻的输入。当输入序列的有效信号满足0110时，拉高序列匹配信号match。
模块的接口信号图如下：
clk：系统时钟信号
rst_n：异步复位信号，低电平有效
data：单比特信号，待检测的数据
data_valid：输入信号有效标志，当该信号为1时，表示输入信号有效
输出描述：
match：当输入信号data满足目标序列，该信号为1，其余时刻该信号为0。
对于序列检测题目，常规的解法有两种：状态机法和序列缓存对比法。
状态机法的过程类似于题意理解中提到的过程：在初始状态中，在data_valid有效时逐一判断当前时刻的数值。先判断第一位是否符合，若符合则进入下一个状态，判断第二位是否符合；若第一位不符合则保持在初始状态，直到第一位匹配。如前两位匹配，则判断第三位是否符合，若第一位匹配，最新输入的数值和目标序列的第二位不匹配，则根据最新一位是否匹配第一位，进入第一位匹配状态或者初始状态。依次类推。
序列缓存对比法，则是将四个data_valid有效的数据data缓存，作为一个数组，每个时刻的输入位于数组的末尾，数组其它元素左移，把最早输入的数据移出。如果数组和目标序列相等，则说明出现目标序列。拉高match信号。
状态机：
首先画出状态转移图。
s1_d0表示第一位0匹配，s2_d01表示前两位01匹配，s3_d011表示前三位011匹配，s4_d0110表示四位数值0110全部匹配。X表示不论data的值为0或1，都完成该状态跳变。依据状态转移图编写verilog代码：
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`timescale 1ns/1nsmodule sequence_detect( input clk, input rst_n, input data, input data_valid, output reg match );reg [3:0] pstate,nstate;parameter idle=4'd0, s1_d0=4'd1, s2_d01=4'd2, s3_d011=4'd3, s4_d0110=4'd4;always @(posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n) pstate<=idle; else pstate<=nstate;endalways @(pstate or data or data_valid)begin case(pstate) idle: if(data_valid && !data) nstate=s1_d0; //第一位匹配 else nstate=idle; s1_d0: if (data_valid) begin if (data) nstate = s2_d01; //数据有效且为1，即前两位01匹配，下一状态为s2_d01 else nstate = s1_d0; //数据有效但为0，即只有第一位0匹配，下一状态为s1_d0 end else nstate = s1_d0; //数据无效，保持在s1_d0 s2_d01: if (data_valid) begin if (data) nstate = s3_d011; //数据有效且为1，即前三位011匹配，下一状态为s3_d011 else nstate = s1_d0; //数据有效但为0，即只有第一位0匹配，下一状态为s1_d0 end else nstate = s2_d01; //数据无效，保持在s2_d01 s3_d011: if (data_valid) begin if (!data) nstate = s4_d0110; //数据有效且为0，即前四位0110匹配，下一状态为s4_d0110 else nstate = idle; //数据有效但为1，即不匹配，下一状态为idle end else nstate = s3_d011; //数据无效，保持在s3_d011 s4_d0110: if (data_valid) begin if (!data) nstate = s1_d0; //数据有效且为0，即匹配目标序列的第一位0，下一状态为s1_d0 else nstate = idle; //数据有效但为1，不匹配目标序列，下一状态为idle end else nstate = idle; //数据无效，下一状态为idle default: nstate=idle; endcaseendalways @(pstate or rst_n)begin if(!rst_n==1) match=1'b0; else if(pstate==s4_d0110) //进入状态s4_d0110表示四位数据都匹配，把匹配指示信号match拉高 match=1'b1; else match=1'b0;endendmodule |
使用移位寄存器：
此题可以使用移位寄存器，但是需要注意时钟在最后一拍（也就是输入的第四个数）输出就跳变了，不存在延时一拍，因此输出时序部分的判断条件需要注意。
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`timescale 1ns/1nsmodule sequence_detect( input clk, input rst_n, input data, input data_valid, output reg match ); reg [3:0] data_r; always@(posedge clk or negedge rst_n) begin if(~rst_n) data_r <= 4'b0; else data_r <= data_valid? {data_r[2:0], data}: data_r; end always@(posedge clk or negedge rst_n) begin if(~rst_n) match <= 0; else match <= data_r[2:0]==3'b011 && data==0; // && ~match; end// always@(posedge clk or negedge rst_n) begin// if(~rst_n)// match <= 0;// else// match <= data_r==4'b0110;// end endmodule |
