双向端口

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1. 双向端口简介

三态缓冲器也称三态门，其典型应用是双向端口，常用于双向数据总线的构建。在数字电路中，逻辑输出有两个正常态：低电平状态（逻辑0）和高电平状态（逻辑1），此外，电路还有不属于0和1的高阻态（逻辑Z）。所谓高阻，即输出端属于浮空状态，只有很小的漏电流流动，其电平随外部电平的高低而定，门电平放弃对输出电路的控制。或者可以理解为输出和电路是断开的。

在应用代码中，verilog HDL程序模块首先进行端口（input：输入端口；output：输出端口；inout：输入/输出端口）定义，然后是逻辑功能的描述。在verilog HDL中，output端口信号可以被定义为reg类型，并在always块中赋值使用，而inout端口不能被定义为reg类型，不能再always块中直接赋值使用，这一点与VHDL中的双向端口使用方法不同。

由于FPGA需要与外部存储器或CPU进行频繁的数据交换，以及引脚资源有限，使用双向端口设计可以成倍的节省数据引脚线。在设计中需要注意两点：其一，要用三态门的控制来处理实现双向端口；其二，要分别指定双向端口作为输入、输出端口时，对外部对象的数据操作。

2. 双向端口应用实例

1. 双向端口的verilog HDL描述

如果输入输出端口都是16位，那么总共需要32根数据线，使用双向端口，只需要16根数据线。实例：
module dinout(din,z,clk,dout,dinout);
 
    input [7:0] din;
    input z;
    input clk;
    output [7:0] dout;
    inout [7:0] dinout;
 
    reg [7:0] dout;
    reg [7:0] din_reg;
 
    assign dinout = (!z)?din_reg:8'bz;
 
    always @ (posedge clk) beign
          if (!z)
              din_reg = din;
          else
               dout = dinout;
    end
 
endmodule

模块示意图：

dinout为双向端口，即可作为输入端口，又可作为输出端口；

当 z = 0 时，三态门选通，从模块module_other_1 输出的数据 data 的流动方向为 I ---> I/O ，I/O 作为系统（module_top）的输出端口；（对于模块module_dinout，I 的类型是input，I/O的类型声明为inout，此时作为输出端口）

当 z = 1 时，三态门关闭，数据 data 的流动方向为 O <--- I/O ，data输入到模块module_other_2 中，供其使用，I/O 作为系统（module_top）的输入端口；（对于模块module_dinout，O 的类型是output，I/O的类型声明为inout，此时作为输入端口）

2. 双向端口的仿真

编写测试模块时，对于inout类型的端口，需要定义成wire类型，而其他输入端口定义为reg类型。此外，对于双向端口本身，仿真输出端口和输入端口的语法是不同的。

输出端口仿真
当作为输出端口时，不需要对其进行初始化，只要开通三态门即可。(代码略...)

输入端口仿真
当作为输入端口时，需要对其进行初始化赋值并关闭三态门。而如果直接把它跟一般的输入口一样直接初始化赋值，则会出错，因为它的定义是wire类型而不是reg类型。这里需要用到force命令。(代码略...)