Число состояний, ширина счётчика и неиспользуемые коды

Счётчик тоже является конечным автоматом

Счётчику, повторяющему 0–9, нужны 10 состояний. Минимальная ширина хранения — $\lceil\log_2 10\rceil=4$ бита. Но 4-битный регистр^{iРегистр хранит многобитное состояние. Синхронные регистры в этом курсе записывают определённый вход на фронте тактового сигнала. Подробнее} содержит 16 битовых шаблонов, поэтому одной правильной ширины недостаточно для modulo-10.

M — число состояний, а не максимум. Счёт от 0 до M-1 отличается от счёта от 0 до M. Если поддерживается параметр M=1, ограничьте ширину минимум одним битом и всегда удерживайте 0.

В 4-битном хранилище 16 кодов, но modulo-10 использует как нормальные только 10. После выбора ширины нужно добавить сравнение и политику восстановления.

Состояния вне диапазона — тоже часть проекта

Что делать, если 4-битный modulo-10 по какой-либо причине оказался в 12? Можно доказать условия инициализации и сброса^{iСброс возвращает состояние к заданному начальному значению. Нужно определить, синхронен он или асинхронен и имеет ли приоритет над другими управляющими сигналами. Подробнее}, исключающие это, либо возвращать в 0 при значениях от 9. Само восстановление не гарантирует устойчивости ко всем аппаратным отказам.

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

Этот пример восстанавливает неправильные значения 10–15 на фронте с en=1. При enable=0 они сохраняются. Если спецификация требует немедленного восстановления, нужно изменить приоритет условий.

Проверки ширины и функции независимы

Для 0–999 достаточно 10 бит, но свободное увеличение дойдёт до 1023. Нужны сравнение и выбор, возвращающие в 0 на заданном максимуме. В счётчиках адресов памяти, повторений и длины пакетов это различие приводит непосредственно к неверным обращениям или длинам.