Двунаправленные порты

Часть раздела Основы путешествия по Verilog на Coddy. Урок 32 из 90.

Порт inout — это двунаправленный порт, который может как отправлять, так и получать сигналы. В разное время он может выступать в роли входа или выхода. Большинство портов являются либо input (данные поступают внутрь), либо output (данные поступают наружу). Порт inout может делать и то и другое. В зависимости от ситуации он может передавать данные наружу или получать данные.

Представьте это как двустороннюю улицу, а не как дорогу с односторонним движением.

Порты inout используются для:

Общих шин: несколько устройств, подключённых к одним и тем же проводам
Шин данных памяти: данные можно read или записывать
Двунаправленной связи: I2C, SPI и т. д.

Только одно устройство одновременно drives шину. Другие устройства должны находиться в состоянии высокого импеданса (Z).

Объявление порта inout

inout [7:0] data_bus;   // 8-битная двунаправленная шина
inout ready;             // Однобитный двунаправленный сигнал

Как работает inout

Порт inout требует управляющего сигнала, чтобы определить, действует ли он как input или output:

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

when enable = 1, module drives bus (режим output)
when enable = 0, module releases bus (режим input, высокоимпедансное состояние)

Важные правила для inout

Правило	Почему
Должен быть объявлен как `wire`	Cannot быть `reg`
Cannot быть одновременно прочитан и записан	Это создаст конфликт (X)
Используйте `Z`, чтобы освободить bus	Позволяет другим устройствам управлять им
Только один драйвер за раз	Предотвращает конфликт на bus

Inout по сравнению с Input и Output

Тип port	Направление	Может Drive	Может читать
`input`	Одностороннее (только внутрь)	Нет	Да
`output`	Одностороннее (только наружу)	Да	Нет
`inout`	Двустороннее (в обоих направлениях)	Да (when enabled)	Да (always)

Распространённая ошибка

// WRONG: Нельзя присваивать inout внутри блока always
always @(posedge clk) begin
  data_bus <= something;   // Error! Используйте assign с условием
end

// CORRECT: Используйте assign с условием enable
assign data_bus = (enable) ? something : 8'bZ;

Задание

Add пропущенный порт inout и операторы assign, чтобы этот двунаправленный буфер работал.

Что нужно сделать:

Add 8-битный порт inout called io_bus
Add оператор assign, который drives io_bus значением send_value, when send_enable равен 1, otherwise Z
Add оператор assign, который reads io_bus into receive_value

Попробуйте сами

module bidir_buffer (
  // Задача 1: Добавьте здесь 8-битный inout-порт с именем io_bus
  
  
  input [7:0] send_value,
  input send_enable,
  output [7:0] receive_value
);

  // Задача 2: Добавьте оператор assign, который подаёт на io_bus значение send_value, когда send_enable равен 1, иначе Z
  
  
  // Задача 3: Добавьте оператор assign, который считывает io_bus в receive_value
  

endmodule