Verilog inout端口使用详解

理解

来源特权同学-https://www.eefocus.com/ilove314/blog/11-09/231507_10e01.html

inout用法浅析

 

有感于之前IIC通信中第一次使用verilog的inout端口，早就想写点什么。有些人可能会认为所谓的inout端口FPGA会自己处理，你要它做INPUT的时候从它读数据，你要它OUTPUT的时候给它赋值就行。问题可不是这么简单！

我先送上一个表格吧，正好今天在一本书上看到了。这个表格表示的是在同等驱动强度下，两个驱动源驱动的wire型和tri型变量的真值表。

![](https://files.mdnice.com/user/17442/4e985ea4-1698-48f1-844f-18bf9a02bed6.png)

发现问题了吧！如果某时刻inout口有输入，此时你又正好要拿这个inout口做输出那么冲突是在所难免的，会出现什么样的结果可以参考上面的表。另外看这个表，你就应该明白双向口该怎么处理了吧。下面是一种典型的用法：

inout io_data;    //inout口

reg out_data;     //需要输出的数据

reg io_link;      //inout口方向控制

assign io_data = io_link ? out_data:1'bz; //这个是关键

当inout的口要做输入时，记得一定要把它置为高阻态z，此时你就可以把inout口当作平常的input口用了。

测试

        下面我们用三种方法去实现inout，先说明一下，第一种方法的结果与其他两种方法不一样，估计有问题，不推荐使用。

        第一种方法和第二种方法的区别是inout作输入时的写法不一样。第三种方法针对Xilinx FPGA，直接使用原语IOBUF。

        代码如下，综合工具Vivado 2015.3，器件选择k7325tffg900-2。

module inout_def(
input clk,
input z,
inout dinout,
input z2,
inout dinout2,
input z3,
inout dinout3,
output  reg  led_r1,
output  reg  led_r2,
output  reg  led_r3
    );
    
reg dout = 0;
wire din;
assign dinout = z?1'bz:dout;
assign din = z?dinout:1'bz;

 always @(posedge clk)
begin
   if(din)
       led_r1 <= 1;
   else
       led_r1 <= 0;
end 

reg dout2 = 0;
wire din2;
assign dinout2 = z2?1'bz:dout2;
assign din2 = dinout2;

 always @(posedge clk)
 begin
    if(din2)
        led_r2 <= 1;
    else
        led_r2 <= 0;
 end 

reg dout3 = 0;
wire din3;

IOBUF IOBUF(
.I(dout3),
.O(din3),
.T(z3),
.IO(dinout3)
);

 always @(posedge clk)
 begin
    if(din3)
        led_r3 <= 1;
    else
        led_r3 <= 0;
 end 
 
endmodule

        对代码进行综合，结果如下图所示，可以看到，第二种方法和第三种方法综合出来的结果是相同的，第一种方法的结果与其他两种不同。所以inout作输入时直接assign就行了。

        放大IOBUF可以看到，IOBUF实际上由一个OBUFT和一个IBUF组成。

        IBUF是输入缓冲器，这个不多说。OBUFT是三态输出缓冲器，其结构和真值表如下图所示，可以看到，当T为1时，输出是高阻态。当T为0时，输出与输入结果相同。

        所谓高阻态，百度百科是这样说的：电路分析时高阻态可做开路理解。你可以把它看作输出（输入）电阻非常大。它的极限状态可以认为悬空（开路）。也就是说理论上高阻态不是悬空，它是对地或对电源电阻极大的状态。而实际应用上与引脚的悬空几乎是一样的。

        我们想象一下，OBUFT为高阻态时相当于开路，那dinout3和IBUF组成的通路和一般的输入通路岂不是完全相同，所以此时可以当Input来用。

        下面进行implementation，我们看dinout3实现的结果，可以看到IOBUF的IBUF和OBUFT以及相应的联结关系。OBUFT的TRI对应的是z3。IBUF的OUT对应的是led_r3_reg。

最后，考虑到代码的通用性，在使用inout端口的时候还是推荐用第二种方法。

ＮＯＷ现在行动！

        学习Xilinx FPGA最好的资料其实就是官方手册，下表总结了部分手册的主要介绍内容，关注我，持续更新中......

	文件名	主标题	内容简单介绍	是否有中文版
	UG476	7 Series FPGAs GTX/GTH  Transceivers	GTX和GTH介绍，PCIe、serdes等学习必备	否
	UG471	7 Series FPGAs SelectIO Resources	描述 7 系列 FPGA 中可用的 SelectIO资源。	否
	UG1114	PetaLinux Tools Documentaton	PetaLinux 工具文档 参考指南	是,V2019.2
	UG949	UltraFAST 设计方法指南（适用于 Vivado  Design Suite）	赛灵思® UltraFast™  设计方法是用于为当今器件优化设计进程的一套最佳实践。这些设计的规模与复杂性需要执行特定的步骤与设计任务，从而确保设计每一个阶段的成功开展。依照这些步骤，并遵循最佳实践，将帮助您以最快的速度和最高的效率实现期望的设计目标	是,V2018.1
IP手册	pg057	FIFO Generator	FIFO生成器IP使用手册	否
	pg104	Complex Multiplier	复数乘法器IP使用手册	否
	pg122	RAM-Based Shift Register	移位寄存器IP使用手册	否