verilog 双向口使用

忘是亡心i 2022-06-15 06:07 188阅读 0赞

芯 片外部引脚很多都使用inout类型的，为的是节省管腿。一般信号线用做总线等双向数据传输的时候就要用到INOUT类型了。就是一个端口同时做输入和输 出。 inout在具体实现上一般用三态门来实现。三态门的第三个状态就是高阻'Z'。 当inout端口不输出时，将三态门置高阻。这样信号就不会因为两端同时输出而出错了,更详细的内容可以搜索一下三态门tri-state的资料.  
1 使用inout类型数据,可以用如下写法:  
inout data\_inout;  
input data\_in;  
reg data\_reg;//data\_inout的映象寄存器  
reg link\_data;  
assign data\_inout=link\_data?data\_reg:1’bz;//link\_data控制三态门  
//对于data\_reg,可以通过组合逻辑或者时序逻辑根据data\_in对其赋值.通过控制link\_data的高低电平,从而设置data\_inout是输出数据还是处于高阻态,如果处于高阻态,则此时当作输入端口使用.link\_data可以通过相关电路来控制.  
2 编写[测试][Link 1]模块时,对于inout类型的端口,需要定义成wire类型变量,而其它输入端口都定义成reg类型,这两者是有区别的.  
当上面例子中的data\_inout用作输入时,需要赋值给data\_inout,其余情况可以断开.此时可以用assign语句实现:assign data\_inout=link?data\_in\_t:1’bz;其中的link ,data\_in\_t是reg类型变量,在测试模块中赋值.  
另外,可以设置一个输出端口观察data\_inout用作输出的情况:  
Wire data\_out;  
Assign data\_out\_t=(!link)?data\_inout:1’bz;

else，in RTL  
inout use in top module(PAD)  
dont use inout(tri) in sub module  
也就是说，在内部模块最好不要出现inout，如果确实需要，那么用两个port实现，到顶层的时候再用三态实现。理由是：在非顶层模块用双向口的话，该 双向口必然有它的上层跟它相连。既然是双向口，则上层至少有一个输入口和一个输出口联到该双向口上，则发生两个内部输出单元连接到一起的情况出现，这样在 综合时往往会出错。

对双向口，我们可以将其理解为2个分量：一个输入分量，一个输出分量。另外还需要一个控制信号控制输出分量何时输出。此时，我们就可以很容易地对双向端口建模。

例子：  
CODE:  
module dual\_port (  
....  
inout\_pin,  
....  
);

inout inout\_pin;

wire inout\_pin;

wire input\_of\_inout;  
wire output\_of\_inout;  
wire out\_en;

assign input\_of\_inout = inout\_pin;

assign inout\_pin = out\_en ? output\_of\_inout : 高阻;

endmodule

可见，此时input\_of\_inout和output\_of\_inout就可以当作普通信号使用了。

在仿真的时候，需要注意双向口的处理。如果是直接与另外一个模块的双向口连接，那么只要保证一个模块在输出的时候，另外一个模块没有输出（处于高阻态）就可以了。  
如果是在ModelSim中作为单独的模块仿真，那么在模块输出的时候，不能使用force命令将其设为高阻态，而是使用release命令将总线释放掉

很多初学者在写testbench进行仿真和验证的时候，被inout双向口难住了。仿真器老是提示错误不能进行。下面是我个人对inout端口写 testbench仿真的一些总结，并举例进行说明。在这里先要说明一下inout口在testbench中要定义为wire型变量。

先假设有一源代码为：

module xx(data\_inout , ........);

inout data\_inout;

........................

assign data\_inout=(! link)?datareg:1'bz;

endmodule

方法一：使用相反控制信号inout口，等于两个模块之间用inout双向口互连。这种方法要注意assign 语句只能放在initial和always块内。

module test();

wire data\_inout;

reg data\_reg;

reg link;

initial begin

..........

end

assign data\_inout=link?data\_reg:1'bz;

endmodule

方法二：使用force和release语句，但这种方法不能准确反映双向端口的信号变化，但这种方法可以反在块内。

module test();

wire data\_inout;

reg data\_reg;

reg link;

\#xx;        //延时

force data\_inout=1'bx;           //强制作为输入端口

...............

\#xx;

release data\_inout;          //释放输入端口

endmodule

很多读者反映仿真双向端口的时候遇到困难，这里介绍一下双向端口的仿真方法。一个典型的双向端口如图1所示。  
  
其中inner\_port与芯片内部其他逻辑相连，outer\_port为芯片外部管脚，out\_en用于控制双向端口的方向，out\_en为1时，端口为输出方向，out\_en为0时，端口为输入方向。  
  
用Verilog语言描述如下：  
module bidirection\_io(inner\_port,out\_en,outer\_port);  
input out\_en;  
inout\[7:0\] inner\_port;  
inout\[7:0\] outer\_port;  
assign outer\_port=(out\_en==1)?inner\_port:8'hzz;  
assign inner\_port=(out\_en==0)?outer\_port:8'hzz;  
endmodule  
  
用VHDL语言描述双向端口如下：  
library ieee;  
use IEEE.STD\_LOGIC\_1164.ALL;  
entity bidirection\_io is  
port ( inner\_port : inout std\_logic\_vector(7 downto 0);  
out\_en : in std\_logic;  
outer\_port : inout std\_logic\_vector(7 downto 0) );  
end bidirection\_io;   
architecture behavioral of bidirection\_io is  
begin  
outer\_port<=inner\_port when out\_en='1' else (OTHERS=>'Z');  
inner\_port<=outer\_port when out\_en='0' else (OTHERS=>'Z');  
end behavioral;  
  
仿真时需要验证双向端口能正确输出数据，以及正确读入数据，因此需要驱动out\_en端口，当out\_en端口为1时，testbench驱动 inner\_port端口，然后检查outer\_port端口输出的数据是否正确；当out\_en端口为0时，testbench驱动 outer\_port端口，然后检查inner\_port端口读入的数据是否正确。由于inner\_port和outer\_port端口都是双向端口（在 VHDL和Verilog语言中都用inout定义），因此驱动方法与单向端口有所不同。  
验证该双向端口的testbench结构如图2所示。  
  
这是一个self-checking testbench，可以自动检查仿真结果是否正确，并在Modelsim控制台上打印出提示信息。图中Monitor完成信号采样、结果自动比较的功能。  
testbench的工作过程为  
1）out\_en=1时，双向端口处于输出状态，testbench给inner\_port\_tb\_reg信号赋值，然后读取outer\_port\_tb\_wire的值，如果两者一致，双向端口工作正常。  
2）out\_en=0时，双向端口处于输如状态，testbench给outer\_port\_tb\_reg信号赋值，然后读取inner\_port\_tb\_wire的值，如果两者一致，双向端口工作正常。  
  
用Verilog代码编写的testbench如下，其中使用了自动结果比较，随机化激励产生等技术。  
  
\`timescale 1ns/10ps  
module tb();  
reg\[7:0\] inner\_port\_tb\_reg;  
wire\[7:0\] inner\_port\_tb\_wire;  
reg\[7:0\] outer\_port\_tb\_reg;  
wire\[7:0\] outer\_port\_tb\_wire;  
reg out\_en\_tb;  
integer i;  
  
initial  
begin  
out\_en\_tb=0;  
inner\_port\_tb\_reg=0;  
outer\_port\_tb\_reg=0;  
i=0;  
repeat(20)  
begin   
\#50  
i=$random;  
out\_en\_tb=i\[0\]; //randomize out\_en\_tb  
inner\_port\_tb\_reg=$random; //randomize data  
outer\_port\_tb\_reg=$random;  
end   
end  
  
//\*\*\*\* drive the ports connecting to bidirction\_io  
assign inner\_port\_tb\_wire=(out\_en\_tb==1)?inner\_port\_tb\_reg:8'hzz;  
assign outer\_port\_tb\_wire=(out\_en\_tb==0)?outer\_port\_tb\_reg:8'hzz;  
  
//instatiate the bidirction\_io module  
bidirection\_io bidirection\_io\_inst(.inner\_port(inner\_port\_tb\_wire),  
.out\_en(out\_en\_tb),  
.outer\_port(outer\_port\_tb\_wire));  
  
//\*\*\*\*\* monitor \*\*\*\*\*\*  
always@(out\_en\_tb,inner\_port\_tb\_wire,outer\_port\_tb\_wire)  
begin  
\#1;  
if(outer\_port\_tb\_wire===inner\_port\_tb\_wire)   
begin  
$display("\\n \*\*\*\* time=%t \*\*\*\*",$time);  
$display("OK! out\_en=%d",out\_en\_tb);  
$display("OK! outer\_port\_tb\_wire=%d,inner\_port\_tb\_wire=%d",  
outer\_port\_tb\_wire,inner\_port\_tb\_wire);  
end  
else  
begin  
$display("\\n \*\*\*\* time=%t \*\*\*\*",$time);  
$display("ERROR! out\_en=%d",out\_en\_tb);  
$display("ERROR! outer\_port\_tb\_wire != inner\_port\_tb\_wire" );  
$display("ERROR! outer\_port\_tb\_wire=%d, inner\_port\_tb\_wire=%d",  
outer\_port\_tb\_wire,inner\_port\_tb\_wire);  
end  
end  
endmodule

[Link 1]: http://lib.csdn.net/base/softwaretest