Verilog状态机 以检测1101序列为例 (verilog)
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Verilog状态机，以检测1101序列为例
状态机在时钟脉冲作用后输出稳定，分为Moore和Mealy两种类型。
Moore状态机在下一个时钟周期才对输入变化有响应，输出仅由状态决定。
Mealy状态机的输出随输入变化而实时改变，其输出不仅依赖状态，还依赖输入。
从时序上，Mealy状态机属于异步输出，响应比Moore状态机早一个周期。
状态机有几种常见的分类方式，包括一段式、两段式和三段式。
一段式状态机将状态机描述整合在一个always模块中，包括状态转移和输入输出描述。
两段式状态机有专门描述状态转移和状态输出的两个always模块。
三段式状态机则有三个always模块，分别负责状态转移、状态转移条件判断和状态输出。
详细对比可参考《fpga状态机详解》一文，链接如下：(4条消息) fpga状态机详解_Ruanyz_china的专栏-CSDN博客在Moore型状态机中，输出完全由当前状态决定。
Mealy型状态机的输出则同时依赖当前状态和输入信号。
以下是使用Verilog语言实现Moore型状态机的一个例子，代码由B站UP主FPGA小学生提供，链接如下：[转自]B站UP主FPGA小学生。
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verilog语法学习2：完全掌握有限状态机的写法
有限状态机（FSM）是Verilog中一个核心概念。
本文将对这一概念进行梳理。
一、使用状态机的目的使用状态机是为了实现有序的逻辑操作。
由于Verilog编程通常在硬件平台上运行，而硬件平台支持并行执行。
然而，并非所有任务都适合并行执行，如泡茶过程就需要按顺序进行，因此，状态机通过状态转换来执行特定的顺序逻辑。
二、状态机的结构与分类状态机的四个要素包括：当前输入、当前状态、下一状态、当前输出值。
状态转换由外部输入（如时钟和当前输入）驱动。
根据输入不同，可分为Moore型和Mealy型两种状态机。
Moore型状态机的输出仅与当前状态有关，而Mealy型状态机的输出与当前状态和输入有关。
仿真结果显示，两者均可实现相同功能，但Mealy型状态机的输出与输入变化同步，而Moore型状态机的输出比输入晚一个时钟周期。
三、状态机的书写流程与要点在了解状态机结构和分类后，我们需要掌握其书写流程。
一般步骤包括：设计状态转移图、编写代码、仿真测试。
其中，格雷码和独热码编码方法需要特别注意。
四、状态机的书写方法常用的状态机书写方法包括一段式、两段式、三段式和特殊状态机。
三段式状态机最为推荐，其资源消耗适中，易于维护。
特殊状态机适用于高速状态机。
Verilog状态机
状态机作为时序逻辑电路的重要组成部分，在大型复杂系统中应用广泛。
其核心概念是“有限状态机”（FSM），强调状态转换在时钟作用下同步进行，且状态转换仅由输入信号决定。
状态机根据输出是否仅依赖当前状态分为Moore型和Mealy型。
Moore型状态机的输出与状态紧密相关，而Mealy型状态机的输出还考虑了输入信号。
状态机的每一个状态代表一个事件，状态跳转到下一事件使得系统“活”起来，正常运转。
状态机可以描述除相对论和量子力学外的任何事情，尤其适合描述有顺序或规律的事件，如计数器或微处理器。
在具体应用中，如设计可乐机，实现每次仅接受一枚1元硬币，且在投入3枚后可提供可乐。
完整的状态转移图需明确输入、输出和状态三个要素：输入决定是否转换状态及输出，输出是根据当前状态和输入决定的执行动作，状态由输入和上一状态共同决定。
在此背景下，Moore型状态机（输出仅依赖状态）和Mealy型状态机（输出考虑状态和输入）均可用于描述状态转移。
在实现过程中，状态转移图提供了状态机的逻辑框架。
状态编码使用独热码以优化资源利用，例如，3个状态使用3位变量，4个状态使用4位变量。
独热码的比较器优化使状态机在高速系统中运行更稳定，减少组合逻辑资源消耗。
二进制码或格雷码也可用于状态编码，格雷码在状态机设计中同样有效。
实现状态机的关键步骤包括端口列表、状态编码、状态变量定义、状态转移逻辑和输出逻辑。
端口列表明确输入和输出信号。
状态编码采用独热码以节省资源，并可能根据实际需求选择二进制码或格雷码。
状态变量的位宽取决于状态数量，例如3个状态需3位变量。
状态转移逻辑根据输入和当前状态确定下一状态，输出逻辑综合考虑输入和状态确定输出。
状态机的核心部分是状态转移和输出逻辑的实现。
新的二段式状态机方法简化了代码，使得设计者更加关注状态转移图，而非遵循固定的理论模型。
这种改进方法消除了组合逻辑可能产生的毛刺，减小了代码量，并易于实现，相比传统的状态机写法，更加直观和高效。
二段式状态机采用两个always块：一个用于描述状态转移，另一个用于输出逻辑。
这种方法不仅简化了代码结构，还提高了设计效率，适用于现代综合器的识别。
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