HDLBits 系列（28）PS/2 mouse protocol（PS/2 packet parser）

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原题复现

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审题

状态转移图

我的设计

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原题复现

原题传送

The PS/2 mouse protocol sends messages that are three bytes long. However, within a continuous byte stream, it's not obvious where messages start and end. The only indication is that the first byte of each three byte message always has bit[3]=1 (but bit[3] of the other two bytes may be 1 or 0 depending on data).

We want a finite state machine that will search for message boundaries when given an input byte stream. The algorithm we'll use is to discard bytes until we see one with bit[3]=1. We then assume that this is byte 1 of a message, and signal the receipt of a message once all 3 bytes have been received (done).

The FSM should signal done in the cycle immediately after the third byte of each message was successfully received.

审题

这是一个通信协议传送的问题，将上面的英文翻译下来如下：

PS / 2鼠标协议发送三字节长的消息。 但是，在连续的字节流中，消息的开始和结束位置并不明显。 唯一的指示是，每个三字节消息的第一个字节始终具有bit [3] = 1（但其他两个字节的bit [3]取决于数据，可能是1或0）。

我们想要一个有限状态机，当给定输入字节流时，它将搜索消息边界。 我们将使用的算法是丢弃字节，直到看到bit [3] = 1的字节为止。 然后，我们假设这是消息的字节1，并在接收到所有3个字节（完成）后，发出接收消息的信号。

在成功接收到每个消息的第三个字节之后，FSM应该立即在周期中发出完成信号。

状态转移图

根据时序图以及题目描述，我们可以大概画出状态转移图：

第一个状态D1判断接受数据流的起始字节，如果是起始字节，则紧接着的两个字节为数据流的一部分，数据流总共三个字节，接受完毕之后的下一个时钟周期，输出接受完毕信号Done，于此同时，判断是否接受到了下一个数据流的起始字节，如果是则继续接受下两个字节，否则进入状态D1，继续判断是否接受到起始字节。

由此状态转移图就能得到设计：

我的设计

module top_module(
    input clk,
    input [7:0] in,
    input reset,    // Synchronous reset
    output done); //
    
    reg [1:0] state, next_state;
    localparam D1 = 0, D2 = 1, D3 = 2, DONE = 3;

    // State transition logic (combinational)
    always@(*) begin
        case(state)
            D1: begin
                if(in[3] == 1) next_state = D2;
                else next_state = D1;
            end
            D2: begin
                next_state = D3;
            end
            D3: begin
                next_state = DONE;
            end
            DONE: begin
                if(in[3] == 1) next_state = D2;
                else next_state = D1;
            end
            default: begin
                next_state = D1;
            end
        endcase
    end

    // State flip-flops (sequential)
            always@(posedge clk) begin
                if(reset) state <= D1;
                else state <= next_state;
            end
 
    // Output logic
            assign done = (state == DONE)?1:0;

endmodule

测试结果正确。