补码FSM-HDLbits

使用Moore状态机实现对输入二进制数求其补码的操作。

题目要求：输入x是一个比特序列（每个时钟周期一位），从数字的最低位（LSB）开始，输出z是该数字的2的补码。数字长度任意。电路需要异步复位（areset）。转换在复位释放时开始，在复位断言时停止。

算法：对于补码，从LSB开始，直到遇到第一个1（包括这个1），输出与原码相同；第一个1之后的所有位，输出取反。

2的补码串行计算（LSB first）的Moore状态机通常有两种状态：一种表示还没有遇到第一个1（包括遇到了第一个1但还没有处理完进位），另一种表示已经处理了第一个1，之后只需取反。常见的设计是两个状态：状态0（输出等于输入）和状态1（输出等于输入的取反）。

状态转移和输出如下：

• 状态A：输出 z=0。表示尚未遇到第一个1（包括当前输入为0的情况）。转移：若 x=0，保持在状态A；若 x=1，转移到状态B。
• 状态B：输出 z=1。表示已遇到第一个1，且当前输出应为1。转移：若 x=0，保持在状态B（输出1）；若 x=1，转移到状态C。
• 状态C：输出 z=0。表示已遇到第一个1，且当前输出应为0。转移：若 x=0，转移到状态B（输出1）；若 x=1，保持在状态C。

异步复位信号 areset将状态机重置为状态A。

module top_module (
input areset, // Asynchronous reset to state A
input clk,
input x,
output z
);

// 状态定义
parameter A = 2'b00,
B = 2'b01,
C = 2'b10;

reg [1:0] state, next_state;

// 状态寄存器（异步复位）
always @(posedge clk or posedge areset) begin
if (areset)
state <= A;
else
state <= next_state;
end

// 下一状态逻辑
always @(*) begin
case (state)
A: next_state = x ? B : A;
B: next_state = x ? C : B;
C: next_state = x ? C : B;
default: next_state = A;
endcase
end

// 输出逻辑（Moore型，仅取决于状态）
assign z = (state == B) ? 1'b1 : 1'b0;

endmodule