編寫能夠被綜合工具識別的狀態機，首先需要理解狀態機的基本概念和分類。狀態機(FSM)是表示有限個狀態以及在這些狀態之間轉換的邏輯結構。在FPGA的設計中，狀態機的設計思想至關重要，因為它能夠使得FPGA在并行處理的基礎上實現與CPU類似的串行處理效果，同時具有高效的順序控制模型、容易利用EDA工具進行優化設計等特性。

首先，你需要根據設計需求選擇摩爾(Moore)型或米勒(Mealy)型狀態機。Moore型狀態機的狀態變化僅與當前狀態有關，而Mealy型狀態機的狀態變化還依賴于輸入信號。

狀態機實現

首先，定義一個模塊，包括時鐘、復位信號以及輸入輸出端口。并使用參數來定義狀態，例如使用獨熱碼（one-hot）進行狀態編碼。

module moore_state_machine (
  input wire clk, // 時鐘信號
  input wire rst_n, // 復位信號
inputwireA_in,//輸入信號
outputregB_out//輸出信號
)


parameters0=4'b0000;//狀態0
parameters1=4'b0010;//狀態1
//其他狀態...

然后，使用always @(posedge clk or negedge rst_n)語句來描述時鐘邊沿或復位邊沿觸發的狀態轉移邏輯，常包含三個部分：下一個狀態的邏輯電路、存儲當前狀態的時序邏輯電路、輸出組合邏輯電路。

always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
  if (!rst_n) begin
    state <= s0; // 復位到初始狀態
  end else begin
????//?根據輸入和當前狀態計算下一個狀態
    case (state)
      s0: begin
????????if?(A_in?==?1)?state?<=?s1;?//?當輸入為1時，轉移到s1
        // 其他條件...
      end
      // 其他狀態轉移...
    endcase
  end
end

最后再根據當前狀態計算輸出信號。

assignB_out=...;//根據state計算輸出表達式

與Moore型狀態機類似，定義模塊并包含必要的輸入輸出端口，同樣使用參數定義狀態。Mealy型狀態機的輸出是在輸入信號變化后立即發生變化的。因此，需要在always @(posedge clk or negedge rst_n)語句中同時考慮輸入的變化，并且最后需要根據當前狀態和輸入計算輸出信號。

另外，在實際進行狀態機的編程過程中，需要繪制狀態轉換圖，明確每個狀態之間的轉換條件和結果狀態，再根據繪制的狀態轉換圖，編寫verilog實現代碼。

為了測試狀態機的正確性，還需要編寫相應的testbench代碼，提供輸入信號并觀察輸出結果是否符合預期。最后在EDA工具中對代碼進行編譯、布局布線，上板驗證狀態機設計的正確性。

如何選擇狀態機類型

盡管這兩種類型的狀態機都廣泛應用于數字電路設計、雷達通信系統等領域，但它們各自的特點決定了它們在特定應用場景下的適用性。因此需要根據項目的具體需求、對響應速度的要求、是否需要根據輸入信號調整輸出以及對狀態數的需求等因素綜合考慮：

時序與響應速度：Moore型狀態機的時序更好，但其響應要慢一拍；而Mealy型狀態機的響應最快，但在時序上要差一些。這意味著如果項目對電路的響應速度有較高要求，可能會傾向于選擇Mealy型狀態機。

輸出邏輯：Moore型狀態機的輸出只與當前狀態有關，而Mealy型狀態機的輸出不僅與當前狀態有關，還與輸入信號有關。這表明如果需要根據不同的輸入信號來調整輸出，Mealy型狀態機可能是更合適的選擇。

狀態數需求：實現同等功能時，Moore型狀態機需要的狀態數更多，因為Mealy型狀態機可以根據狀態和輸入結合來看需不需要執行相應動作，從而減少一些狀態。因此，如果項目允許，且對狀態數的要求不是特別高，使用Mealy型狀態機會更加高效。

設計原則與要求：在設計狀態機時，需要考慮安全性、穩定性、速度、面積以及設計的清晰度等因素。選擇Moore型或Mealy型狀態機應基于這些綜合因素進行權衡。

審核編輯：劉清