设计一个10层楼的电梯控制器模块，要求：(1) 以按键的时间先后优先级进行设计；(2) 以楼层最短位置先后优先级进行设计。
电梯运行规则：
当电梯处在上升模式时，只响应比电梯所在位置高的上楼请求，由下向上逐个执行，直到最后一个上楼请求执行完毕。如果高层有下楼请求，直接升到有下楼请求的最高楼层，然后进入下降模式。下降模式类似。
定义每层楼的状态，可扩展至任意楼层。
UP(IN):XXXXXXXXXX(10~1楼；1有效，0无效)，上楼请求
DOWN(IN):XXXXXXXXXX(10~1楼；1有效，0无效)，下楼请求
其中1层只能有上楼请求，10层只能有下楼请求，同一层不能既有上楼请求又有下楼请求。上楼或下楼请求被响应后对应位清零。
BUTTON(IN):XXXXXXXXXX(10~1楼；1有效，0无效)，要去往的楼层
到达要去往的楼层后对应位清零。
POSITION(OUT):XXXX(当前楼层)
FLOOR:XXXXXXXXXX(10~1楼；1有效，0无效)，电梯需要停下并开关门的楼层
电梯处在上升模式时，FLOOR=UP|BUTTON；电梯处在下降模式时，FLOOR=DOWN|BUTTON。
UP_DOWN:X(0上升模式，1下降模式)
状态图
仿真流程图
Design Block:
module elevator (CLK,RESET,UP,DOWN,BUTTON,POSITION);input CLK,RESET;input [10:1] UP,DOWN,BUTTON;output reg [3:0] POSITION;reg [3:0] P;reg [10:1] FLOOR;reg UP_DOWN;reg tmp,flag;integer temp;reg [8:0] CurrentState,NextState;parameter S0=9'b000000001,S1=9'b000000010,S2=9'b000000100,S3=9'b000001000,S4=9'b000010000,S5=9'b000100000,S6=9'b001000000,S7=9'b010000000,S8=9'b100000000;always @ (posedge CLK or negedge RESET)beginif(~RESET) CurrentState<=S0;else CurrentState<=NextState;endalways @ (RESET or CurrentState or UP_DOWN or UP or DOWN or BUTTON or P or flag)beginif(~RESET)beginUP_DOWN=0;FLOOR=10'b0;P=4'b0001;flag=0;endelsebeginif(flag==0) FLOOR=UP_DOWN?DOWN|BUTTON:UP|BUTTON;case(CurrentState)S0:beginPOSITION=P;if(FLOOR==10'b0) NextState=S0;elsebeginif(UP_DOWN==0)beginif(P==4'b1010) UP_DOWN=1;elsebegincase(P)4'b0001:tmp=FLOOR[2] | FLOOR[3] | FLOOR[4] | FLOOR[5] | FLOOR[6] | FLOOR[7] | FLOOR[8] | FLOOR[9] | FLOOR[10];4'b0010:tmp=FLOOR[3] | FLOOR[4] | FLOOR[5] | FLOOR[6] | FLOOR[7] | FLOOR[8] | FLOOR[9] | FLOOR[10];4'b0011:tmp=FLOOR[4] | FLOOR[5] | FLOOR[6] | FLOOR[7] | FLOOR[8] | FLOOR[9] | FLOOR[10];4'b0100:tmp=FLOOR[5] | FLOOR[6] | FLOOR[7] | FLOOR[8] | FLOOR[9] | FLOOR[10];4'b0101:tmp=FLOOR[6] | FLOOR[7] | FLOOR[8] | FLOOR[9] | FLOOR[10];4'b0110:tmp=FLOOR[7] | FLOOR[8] | FLOOR[9] | FLOOR[10];4'b0111:tmp=FLOOR[8] | FLOOR[9] | FLOOR[10];4'b1000:tmp=FLOOR[9] | FLOOR[10];4'b1001:tmp=FLOOR[10];endcaseif(tmp==0)beginFLOOR=DOWN|BUTTON;case(P)4'b0001:tmp=FLOOR[2] | FLOOR[3] | FLOOR[4] | FLOOR[5] | FLOOR[6] | FLOOR[7] | FLOOR[8] | FLOOR[9] | FLOOR[10];4'b0010:tmp=FLOOR[3] | FLOOR[4] | FLOOR[5] | FLOOR[6] | FLOOR[7] | FLOOR[8] | FLOOR[9] | FLOOR[10];4'b0011:tmp=FLOOR[4] | FLOOR[5] | FLOOR[6] | FLOOR[7] | FLOOR[8] | FLOOR[9] | FLOOR[10];4'b0100:tmp=FLOOR[5] | FLOOR[6] | FLOOR[7] | FLOOR[8] | FLOOR[9] | FLOOR[10];4'b0101:tmp=FLOOR[6] | FLOOR[7] | FLOOR[8] | FLOOR[9] | FLOOR[10];4'b0110:tmp=FLOOR[7] | FLOOR[8] | FLOOR[9] | FLOOR[10];4'b0111:tmp=FLOOR[8] | FLOOR[9] | FLOOR[10];4'b1000:tmp=FLOOR[9] | FLOOR[10];4'b1001:tmp=FLOOR[10];endcaseif(tmp==0) UP_DOWN=1;else beginflag=1;UP_DOWN=0; endendendendelsebeginif(P==4'b0001) UP_DOWN=0;elsebegincase(P)4'b1010:tmp=FLOOR[9] | FLOOR[8] | FLOOR[7] | FLOOR[6] | FLOOR[5] | FLOOR[4] | FLOOR[3] | FLOOR[2] | FLOOR[1];4'b1001:tmp=FLOOR[8] | FLOOR[7] | FLOOR[6] | FLOOR[5] | FLOOR[4] | FLOOR[3] | FLOOR[2] | FLOOR[1];4'b1000:tmp=FLOOR[7] | FLOOR[6] | FLOOR[5] | FLOOR[4] | FLOOR[3] | FLOOR[2] | FLOOR[1];4'b0111:tmp=FLOOR[6] | FLOOR[5] | FLOOR[4] | FLOOR[3] | FLOOR[2] | FLOOR[1];4'b0110:tmp=FLOOR[5] | FLOOR[4] | FLOOR[3] | FLOOR[2] | FLOOR[1];4'b0101:tmp=FLOOR[4] | FLOOR[3] | FLOOR[2] | FLOOR[1];4'b0100:tmp=FLOOR[3] | FLOOR[2] | FLOOR[1];4'b0011:tmp=FLOOR[2] | FLOOR[1];4'b0010:tmp=FLOOR[1];endcaseif(tmp==0)beginFLOOR=UP|BUTTON;case(P)4'b1010:tmp=FLOOR[9] | FLOOR[8] | FLOOR[7] | FLOOR[6] | FLOOR[5] | FLOOR[4] | FLOOR[3] | FLOOR[2] | FLOOR[1];4'b1001:tmp=FLOOR[8] | FLOOR[7] | FLOOR[6] | FLOOR[5] | FLOOR[4] | FLOOR[3] | FLOOR[2] | FLOOR[1];4'b1000:tmp=FLOOR[7] | FLOOR[6] | FLOOR[5] | FLOOR[4] | FLOOR[3] | FLOOR[2] | FLOOR[1];4'b0111:tmp=FLOOR[6] | FLOOR[5] | FLOOR[4] | FLOOR[3] | FLOOR[2] | FLOOR[1];4'b0110:tmp=FLOOR[5] | FLOOR[4] | FLOOR[3] | FLOOR[2] | FLOOR[1];4'b0101:tmp=FLOOR[4] | FLOOR[3] | FLOOR[2] | FLOOR[1];4'b0100:tmp=FLOOR[3] | FLOOR[2] | FLOOR[1];4'b0011:tmp=FLOOR[2] | FLOOR[1];4'b0010:tmp=FLOOR[1];endcaseif(tmp==0) UP_DOWN=0;else beginflag=1;UP_DOWN=1; endendendendNextState=S1;endendS1:NextState=S2;S2:NextState=S3;S3:NextState=S4;S4:beginif(UP_DOWN==0) NextState=S5;else NextState=S6;endS5:beginif(FLOOR==10'b0) NextState=S0;elsebeginP=P+1'b1;if(flag==1)begin: B1integer i;temp=0;for(i=10;i>0 && temp==0;i=i-1)if(FLOOR[i]==1) temp=i;if(P==temp) beginflag=0;UP_DOWN=1;NextState=S0;endelseNextState=S7;endelsebeginif(FLOOR[P]) NextState=S0;else NextState=S7;end endendS6:beginif(FLOOR==10'b0) NextState=S0;elsebeginP=P-1'b1;if(flag==1)begin: B2integer i;temp=0;for(i=1;i<11 && temp==0;i=i+1)if(FLOOR[i]==1) temp=i;if(P==temp) beginflag=0;UP_DOWN=0;NextState=S0;endelseNextState=S8;endelsebeginif(FLOOR[P]) NextState=S0;else NextState=S8;end endendS7:NextState=S5;S8:NextState=S6;endcaseendendendmodule
Test Bench:
`timescale 1ns/1nsmodule Test_elevator;reg CLK,RESET;reg [10:1] UP,DOWN,BUTTON;wire [3:0] POSITION;elevator U0(CLK,RESET,UP,DOWN,BUTTON,POSITION);always beginCLK=1'b0;#5 CLK=1'b1;#5;endinitial beginRESET=1'b0;#10 RESET=1'b1;#790 $stop;endinitial beginUP=10'b0;#10 UP=10'b0000010001;#40 UP=10'b0000010000;#160 UP=10'b0; endinitial beginDOWN=10'b0;#210 DOWN=10'b1100000000;#180 DOWN=10'b0100000000;#60 DOWN=10'b0;#120 DOWN=10'b0000100000;#40 DOWN=10'b0;endinitial beginBUTTON=10'b0;#10 BUTTON=10'b0000001000;#140 BUTTON=10'b0;#20 BUTTON=10'b0010000000;#140 BUTTON=10'b0;#40 BUTTON=10'b0000100000;#200 BUTTON=10'b0;#20 BUTTON=10'b0000000001;#180 BUTTON=10'b0;endendmodule
仿真波形图：
总结
这个题目去年做过，今年回过头来看有了一些新的思考。相比之前在每层楼增加了上下楼请求按钮（UP、DOWN），在电梯里增加了要去往的楼层按键（BUTTON），将FLOOR变成中间变量，表示电梯需要停下并开关门的楼层。整个系统功能完善了许多，也更具备实用性。
