FPGA 开发 - 状态机实验与计数器实验
本文将对 FPGA 开发中的状态机实验和计数器实验进行详细讲解，涵盖实验的设计、实现和仿真等方面。
一、状态机实验
状态机是数字电路设计中的一种重要组件，用于描述系统的状态变化。状态机实验的目标是学习状态机的 VHDL 语言描述方式，以及状态机的单线程和多线程描述方法。
实验步骤：
1. 建立工程：新建一个 lab7 工程，用于实验状态机的设计和实现。
2. 定义输入输出口：定义输入输出口，包括复位有效信号 RESET、高电平信号等。
3. 编写 VHDL 代码：编写 VHDL 代码，定义状态机的状态和转换关系。例如，定义枚举类型 CNTRL_STATE，用于描述状态机的状态。
状态机的 VHDL 语言描述方式：
在 VHDL 语言中，状态机可以使用 Process 语句描述。Process 语句可以用来描述状态机的状态转换关系。例如：
```vhdl
Process (CLK, RESET)
Begin
If RESET = '1' Then
CURR_STATE <= S0_INIT;
ELSIF CLK'Event AND CLK = '1' Then
CASE CURR_STATE IS
When S0_INIT =>
CURR_STATE <= S1_FETCH;
When S1_FETCH =>
CURR_STATE <= S2_ALU;
...
End CASE;
End IF;
End Process;
```
4. 验证功能的正确性：新建 Test Bench，用于验证状态机的正确性。Test Bench 中可以对状态机进行仿真，查看状态机的状态转换关系。
二、计数器实验
计数器实验的目标是将之前实现的计数器子模块合并起来，完成计数器的顶层模块 SIMPLE_CALC。
实验步骤：
1. 新建工程：新建一个 lab8 工程，用于实验计数器的设计和实现。
2. 导入源文件：通过 Project->Add Copy of Sourse 导入 lab3、lab5、lab6、lab7 中完成的内容。
3. 修改 MEM 模块：修改 MEM 模块，用于存储计数器的值。
4. 编写顶层模块：编写 VHDL 代码，定义顶层模块 SIMPLE_CALC。
5. 仿真：新建 Test Bench，用于验证计数器的正确性。
计数器的 VHDL 语言描述方式：
在 VHDL 语言中，计数器可以使用计数器子模块来实现。例如：
```vhdl
Entity SIMPLE_CALC IS
Port (CLK, RESET : IN STD_LOGIC;
COUNT : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0));
End Entity;
Architecture Behavioral OF SIMPLE_CALC IS
Signal COUNT_REG : STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0);
Begin
Process (CLK, RESET)
Begin
If RESET = '1' Then
COUNT_REG <= (Others => '0');
ELSIF CLK'Event AND CLK = '1' Then
COUNT_REG <= COUNT_REG + 1;
End IF;
End Process;
COUNT <= COUNT_REG;
End Behavioral;
```
资源利用情况：
在 FPGA 开发中，资源利用情况是非常重要的。通过对状态机和计数器的实验，可以了解 FPGA 的资源利用情况，包括最高工作频率、资源占用率等。
在实验中，我们可以使用 Vivado 等开发工具来进行资源分析，了解 FPGA 的资源利用情况。
状态机实验和计数器实验是 FPGA 开发中的重要组件，可以帮助我们学习状态机的 VHDL 语言描述方式，以及状态机的单线程和多线程描述方法。此外，还可以了解 FPGA 的资源利用情况，提高 FPGA 开发的效率和质量。
2024-06-26 20:26:54
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