【FPGA状态机设计三段式详解】—— 实现高效稳定的数字状态机

【FPGA状态机设计三段式详解】—— 实现高效稳定的数字状态机

FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，可以使用HDL（Hardware Description Language）语言描述硬件电路，实现各种数字电路的功能。在FPGA设计中，状态机是常见的组件之一。FPGA状态机分为Moore型和Mealy型两种形态，常用的设计方式是三段式。

三段式状态机由三个部分组成：状态寄存器、组合逻辑和输出逻辑。下面我们来详细解释这三个部分的作用。

1. 状态寄存器
   状态寄存器用于存储状态信息，并在时钟上升沿触发状态转移。在FPGA中，状态寄存器通常使用触发器实现。例如，以下代码实现了一个简单的状态寄存器：

reg [1:0] state;
always @(posedge clk) begin
  case (state)
    2'b00: state <= 2'b01;
    2'b01: state <= 2'b10;
    2'b10: state <= 2'b00;
  endcase
end

2. 组合逻辑
   组合逻辑是指将输入信号转换为输出信号的逻辑电路。在状态机中，组合逻辑产生的结