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计数器的下一状态与复位优先级

将递增、保持、复位与回绕统一为一份规格，计算逐边沿结果。

先用下一状态表达式定义功能

给 $N$ 位自由递增计数器加入同步 reset 与 enable 后，得到：

C_{k+1}=\begin{cases} 0&r_k=1\\ (C_k+1)\bmod2^N&r_k=0,\ e_k=1\\ C_k&r_k=0,\ e_k=0 \end{cases}

复位^{复位将状态恢复为规定初值的控制。必须同时规定其同步或异步性质，以及相对于其他控制的优先级。}优先级最高，enable=0 时保持。在下方的可视化中，可以切换 enable，比较递增与保持行为。

从初始 q=11 选择 reset=1，只有下一状态先变为 00。点击下一时钟，观察存储值实际变化的时刻。释放 reset 后，依次执行 00→01→10→11→00；再比较 enable=0 时是否只有边沿数增加而 q 保持。

亲自比较上升沿前后的状态

同步 reset 优先于 enable。enable=0 时保持当前存储值。 q=11; q_next = (q + 1) mod 4

编写逐边沿预测表

两位计数器初始状态为 3，第一边沿 reset=1、之后 reset=0，则各边沿后的值为 0、1、2、3、0。即使在时钟之间把 reset 置为 1，同步寄存器^{寄存器存储多位状态的电路。本课程中的同步寄存器在时钟边沿存储指定输入。了解更多}也不会在上升沿^{上升沿时钟从 0 变为 1 的瞬间。它不同于表示整个 CLK=1 区间的电平。了解更多}之前立即变为 0。

边沿	边沿前 reset	旧 C	更新后 C
1	1	3	0
2	0	0	1
3	0	1	2
4	0	2	3
5	0	3	0

每列记录一个上升沿的观察结果。输入取自边沿前，名称带 after 的状态取自更新后。列的排列表示采样顺序，并非描绘物理传播延迟^{传播延迟从输入变化到输出稳定为正确值所需的时间。逻辑表达式等价与时间特性是两回事。了解更多}。从初始状态 3 开始，第一边沿的 reset 优先于递增；最后一个边沿从 3 回绕到 0。

两位计数器的复位与回绕

查看波形数据

波形数据：每个字符表示一个区间，点表示保持前一状态，p 表示一个时钟周期。
信号	波形	总线值
edge	`23452`	E0 → E1 → E2 → E3 → E4
reset	`10...`
count before	`23452`	11 → 00 → 01 → 10 → 11
count after	`23452`	00 → 01 → 10 → 11 → 00

不要混淆 reset 的含义

always_ff @(posedge clk) 内的 if(rst) 是同步复位，不同于在事件列表中加入 reset 边沿的异步复位。异步复位的释放具有 recovery/removal 等额外时序要求，不能仅因为它更快变为 0 就随意改用。

若计数器用于周期性产生脉冲，还必须规定在哪个状态产生脉冲。是在计数值为最大值期间输出 1，还是在回绕到 0 的边沿后输出一个周期的 1，会改变输出表达式与观察时刻。

自己试试

一个三位计数器当前为 7。第一边沿 rst=0、en=0，下一边沿 rst=0、en=1，各边沿后的状态是什么？

阅读解释

第一边沿保持为 7；下一边沿越过三位范围，回绕为 0。若要继续保留 8，就需要更宽位宽，或另行规定饱和、错误策略。