Inout 포트

Coddy Verilog 여정의 기초 섹션에 포함된 레슨 — 90개 중 32번째.

inout 포트는 신호를 보내고 받을 수 모두 있는 양방향(bidirectional) 포트입니다. 때에 따라 입력 또는 출력 역할을 할 수 있습니다. 대부분의 포트는 input(데이터가 내부로 들어옴) 또는 output(데이터가 외부로 나감) 중 하나입니다. inout 포트는 상황에 따라 데이터를 외부로 내보내거나(drive) 내부로 받을(receive) 수 있어 두 가지 역할을 모두 수행할 수 있습니다.

일방통행 도로가 아닌 양방향 도로라고 생각해 보세요.

Inout 포트는 다음과 같은 목적으로 사용됩니다:

공유 버스 — 동일한 와이어에 연결된 여러 장치
메모리 데이터 버스 — 데이터를 읽거나 쓸 수 있음
양방향 통신 — I2C, SPI 등

한 번에 하나의 장치만 버스를 구동합니다. 다른 장치들은 고임피던스 상태(Z)에 있어야 합니다.

Inout 포트 선언하기

inout [7:0] data_bus;   // 8비트 양방향 버스
inout ready;             // 단일 비트 양방향 신호

Inout의 작동 방식

inout port는 입력으로 동작할지 출력으로 동작할지 결정하기 위한 제어 신호가 필요합니다:

module bidir (
  inout [7:0] bus,
  input [7:0] data_out,
  input enable,
  output [7:0] data_in
);
  
  assign bus = (enable) ? data_out : 8'bZ;  // Drive bus when enabled, else Z
  assign data_in = bus;                     // Always read the bus
  
endmodule

enable = 1일 때, module은 버스를 구동(drives)합니다 (output 모드)
enable = 0일 때, module은 버스를 해제(releases)합니다 (input 모드, high-Z)

Inout에 대한 중요한 규칙

규칙	이유
반드시 `wire`로 선언되어야 함	`reg`가 될 수 없음
동시에 읽기와 쓰기를 할 수 없음	충돌(X)을 일으킴
버스를 해제하려면 `Z`를 사용함	다른 장치가 구동할 수 있도록 허용함
한 번에 하나의 드라이버만 가능	버스 경합(contention)을 방지함

Inout vs Input vs Output

포트 유형	방향	Drive 가능 여부	Read 가능 여부
`input`	단방향 (입력 전용)	No	Yes
`output`	단방향 (출력 전용)	Yes	No
`inout`	양방향 (모두)	Yes (`enabled` 상태일 때)	Yes (`always`)

자주 하는 실수

// WRONG: always 블록 내부에서 inout에 할당할 수 없음
always @(posedge clk) begin
  data_bus <= something;   // 오류! 조건과 함께 assign을 사용하세요
end

// CORRECT: enable 조건과 함께 assign을 사용하세요
assign data_bus = (enable) ? something : 8'bZ;

챌린지

이 양방향 버퍼가 작동하도록 누락된 inout 포트와 assign 구문을 추가하세요.

수행할 작업:

io_bus라는 이름의 8비트 inout 포트를 추가하세요.
send_enable이 1일 때 send_value로 io_bus를 구동하고, 그렇지 않으면 Z로 구동하는 assign 구문을 추가하세요.
io_bus의 값을 읽어 receive_value로 전달하는 assign 구문을 추가하세요.

직접 해보기

module bidir_buffer (
  // 작업 1: 여기에 io_bus라는 8비트 inout 포트를 추가하세요
  
  
  input [7:0] send_value,
  input send_enable,
  output [7:0] receive_value
);

  // 작업 2: send_enable이 1일 때 io_bus를 send_value로 구동하고, 그렇지 않으면 Z로 하는 assign 문을 추가하세요
  
  
  // 작업 3: io_bus를 receive_value로 읽는 assign 문을 추가하세요
  

endmodule

실력 점검

이 레슨에는 짧은 퀴즈가 포함되어 있습니다. 레슨을 시작해 문제를 풀고 진행 상황을 기록하세요.