设计并实现一个专用微处理器输入一个8位值，然后判断输入值是否有相等的0位和1位。如果输入值具有相同数量的0和1,则微处理器输出一个1;否则，则输出0。例如，数字10111011将产生0输出；而数字00110011则会产生1输出。下面给出算法。绘制数据路径和相应的FSM状态图，FSM电路,列出控制字。 Count = 0 INPUT N WHILE (N≠0){ IF (N(0) = 1) THEN Count = Count + 1 END IF N = N >> 1 } OUTPUT (Count = 4) 在Verilog模块中分别实现数据路径电路和FSM电路，使用顶部模块将它们连接在一起，要求只用一个时钟和一个rese

t信号。

首先，我们需要将给定的算法转换为数据路径和状态转换图。数据路径将包括输入寄存器、计数器、移位寄存器和比较器。状态转换图将包括三个状态：IDLE、COUNT和COMPARE。从IDLE状态开始，当输入被加载到输入寄存器时，我们将进入COUNT状态。在COUNT状态中，我们将使用移位寄存器和计数器来计算输入中的1的数量。在完成计数后，我们将进入COMPARE状态，其中我们将使用比较器来检查输入中的0和1的数量是否相等。如果相等，则输出1；否则，输出0，然后返回IDLE状态。

接下来，我们将使用Verilog实现设计。首先，我们将实现数据路径模块。

module datapath(input clk, input rst, input [7:0] data_in, output reg [1:0] count, output reg [7:0] shift_reg, output reg eq);

  always @(posedge clk, posedge rst) begin
    if (rst) begin
      count <= 2'b0;
      shift_reg <= 8'b0;
      eq <= 1'b0;
    end else begin
      shift_reg <= {shift_reg[6:0], data_in};
      if (data_in) begin
        count <= count + 1;
      end
    end
  end

  assign eq = (count == 2'b01 || count == 2'b10);

endmodule

在这个模块中，我们使用一个always块来实现状态转换和数据路径。我们在上升沿检测时钟和复位信号，并在每个时钟周期中更新数据路径。在rst为1时，我们将所有寄存器重置为0。在每个时钟周期中，我们将输入数据移位到移位寄存器中，并检查它是否为1。如果是，我们将计数器加1。最后，我们使用一个assign语句计算输入中的0和1的数量是否相等。

接下来，我们将实现状态机模块。

module fsm(input clk, input rst, input [7:0] data_in, output reg out);

  parameter IDLE = 2'b00, COUNT = 2'b01, COMPARE = 2'b10;

  reg [1:0] state, next_state;
  reg [7:0] shift_reg;
  reg [1:0] count;
  reg eq;

  datapath dp(clk, rst, data_in, count, shift_reg, eq);

  always @(posedge clk, posedge rst) begin
    if (rst) begin
      state <= IDLE;
      next_state <= IDLE;
      out <= 1'b0;
    end else begin
      state <= next_state;
      case (state)
        IDLE: begin
          out <= 1'b0;
          if (data_in != 8'b0) begin
            next_state <= COUNT;
          end
        end
        COUNT: begin
          if (count == 2'b11) begin
            next_state <= COMPARE;
          end
        end
        COMPARE: begin
          if (eq) begin
            out <= 1'b1;
          end
          next_state <= IDLE;
        end
      endcase
    end
  end

endmodule

在这个模块中，我们定义了三个状态：IDLE、COUNT和COMPARE。我们使用一个always块来实现状态转换，并在每个时钟周期中更新输出。在rst为1时，我们将状态和输出重置为0。在每个时钟周期中，我们将当前状态更新为下一个状态，并根据当前状态执行相应的操作。

在IDLE状态中，我们将输出设置为0，并等待输入数据。如果数据不是8'b0，则我们将进入COUNT状态。在COUNT状态中，我们等待计数器计数到2或3。一旦计数器到达这个值，我们将进入COMPARE状态。在比较状态中，我们使用datapath模块计算输入中0和1的数量是否相等。如果相等，则我们将输出设置为1；否则，我们将输出设置为0。最后，我们返回到IDLE状态。

最后，我们将使用顶部模块将数据路径和状态机连接到一起。

module top(input clk, input rst, input [7:0] data_in, output reg out);

  fsm fsm(clk, rst, data_in, out);

endmodule

在这个模块中，我们实例化了fsm模块，并将输入数据和输出数据连接在一起。我们只使用了一个时钟和一个复位信号。

最后，我们需要列出控制字，以确保我们的状态机在每个状态中正确执行操作。在IDLE状态中，我们不需要进行任何操作。在COUNT状态中，我们需要等待计数器计数到2或3。在COMPARE状态中，我们需要等待datapath模块计算出0和1的数量是否相等。因此，我们的控制字如下：

parameter IDLE_CTRL = 2'b00, COUNT_CTRL = 2'b01, COMPARE_CTRL = 2'b10;

assign ctrl = (state == IDLE) ? IDLE_CTRL :
              (state == COUNT) ? COUNT_CTRL :
              COMPARE_CTRL;