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Número de estados, ancho del contador y códigos no utilizados

Calcule bits de almacenamiento desde el rango y defina cómo recuperarse de estados inválidos.

Contar también es una máquina de estados

Un contador 0–9 necesita diez estados y al menos $\lceil\log_2 10\rceil=4$ bits. Un registro^{Registro Circuito que almacena varios bits de estado. Los registros síncronos de este curso capturan la entrada especificada en el flanco de reloj. Más información} de cuatro bits tiene 16 patrones: elegir bien el ancho no completa la función módulo 10.

N=\left\lceil\log_2 M\right\rceil,\qquad \text{códigos no utilizados}=2^N-M

M es el número de estados, no el máximo. Contar de 0 a M−1 difiere de contar hasta M. Si admite M=1 como parámetro, use al menos un bit y mantenga siempre 0.

De los 16 códigos de cuatro bits, módulo 10 usa diez como estados normales. Después del ancho, diseñe la comparación y la recuperación.

Ancho de almacenamiento y condición de retorno se diseñan por separado

Diez estados: count normal va de 0 a 9
Almacenamiento de cuatro bits: 16 códigos; 10–15 quedan libres
Estado siguiente: Si en=1 y count≥9, pase a 0

Los estados fuera de rango también se especifican

¿Qué debe ocurrir si el contador módulo 10 llega a 12? Demuestre las condiciones de inicialización y reset^{Reset Control que devuelve el estado a un valor inicial especificado. Deben definirse su carácter síncrono o asíncrono y su prioridad frente a otros controles. Más información} que permiten asumir que no ocurre, o establezca recuperación a 0 desde 9 o más. Recuperación no significa tolerancia a todo fallo físico.

SystemVerilog
always_ff @(posedge clk) begin
  if (rst) count <= 4'd0;
  else if (en) begin
    if (count >= 4'd9) count <= 4'd0;
    else count <= count + 4'd1;
  end
end

El ejemplo recupera también 10–15, pero solo en un flanco con en=1. Con enable=0 conserva incluso el valor inválido; una recuperación inmediata exigiría cambiar la prioridad.

Revisar ancho y revisar función son tareas distintas

Diez bits bastan para 0–999, pero un incremento libre llega a 1023. Se necesita comparación y selección para volver a 0 desde el máximo especificado. En contadores de direcciones, iteraciones o longitudes de paquete, confundirlo causa accesos o longitudes incorrectos.

Inténtalo tú

Calcule el ancho mínimo y los códigos no utilizados de un contador que repite 0–99. ¿Qué cambia si solo se suma 1 con ese ancho?

Leer la explicación

Hay 100 estados: requiere siete bits y quedan $128-100=28$ códigos sin usar. Incrementar sin más no vuelve a 0 en 99, sino que llega a 127: resulta módulo 128, no módulo 100.