事故現場

先貼一下代碼的簡版：

localparam S_IDLE    = 4'd0;
localparam S_HEAD    = 4'd1;
localparam S_PAYLOAD = 4'd2;
localparam S_TAIL    = 4'd3;
localparam S_ERROR   = 4'd4;

reg [3:0]status, nx_status;
always @(posedge clk_100m or negedge rst_spt_n)begin
    if(!rst_spt_n) status <= S_IDLE;
    else           status <= nx_status;
end

always @* begin
    case(status)
        S_IDLE: ...
        S_HEAD: ...
        S_PAYLOAD: ...
        S_TAIL: ...
        S_ERROR: ...
        default: nx_status = status;
    endcase
end

狀態機本身很簡單，default也寫了，然后進行仿真時看到了這樣的波形：

nx_status仿真初始的值為4'hb，而后導致status的值也為4'hb，始終無法回到IDLE狀態，整個電路的功能也無法正常開展。

事故分析

這個問題得以暴露要感謝在驗證環境中打開了initreg功能：

CMP_OPTIONS += +vcs+initreg+random
RUN_OPTIONS += +vcs+initreg+$(SEED)

通過這樣的配置使得reg型的數值在仿真開始時被賦值為隨機數。該bug就是由于nx_status被賦值為狀態之外的隨機數而發現的。

在代碼中，nx_status沒有任何位置被進行“復位”，當然了因為nx_status本身不是寄存器也就不存在復位的問題，不過狀態機的alway@*中的處理是有問題的，這導致nx_status一旦跑“飛”了，status下一拍會更新為nx_status的值，那么整個狀態機將不可恢復。

事故解決

修改狀態機的寫法為：

always @* begin
    case(status)
        S_IDLE: ...
        S_HEAD: ...
        S_PAYLOAD: ...
        S_TAIL: ...
        S_ERROR: ...
        default: nx_status = S_IDLE;
    endcase
end

或者

always @* begin
    nx_status = S_IDLE;
    case(status)
        S_IDLE: ...
        S_HEAD: ...
        S_PAYLOAD: ...
        S_TAIL: ...
        S_ERROR: ...
        default: nx_status = status;
    endcase
end

重新仿真后波形正確：