vhdl - 双向数据总线设计

Question

我需要通过双向数据总线 (ULPI) 与芯片通信。

据我所知，数据在时钟上升沿从 ULPI 总线移出，并在时钟下降沿读取。我的问题是，在读取寄存器时，我首先需要对上升沿敏感(将命令写入数据总线上的芯片)，然后在从芯片读取寄存器输出到总线时对下降沿敏感。

我不清楚如何设计这个最好的方式。

我尝试了一个带有 case 语句的进程，但要使其正常工作，我的进程需要对上升沿和下降沿都敏感，我认为这不好。还是真的没问题？

Answer 1

双向总线通常通过使用三态缓冲器来实现。当三态缓冲区输出为“Z”时，您可以从 inout 中读取端口，当缓冲器驱动线路时，它充当输出。在 VHDL 中，这可以通过直接实例化一个原语(例如 Xilinx 器件的 IOBUF)或通过让您的综合工具通过描述上述逻辑来推断三态缓冲区来实现。

您在这里处理 3 个信号:

T这是你的三态控制。该信号将来自您的同步逻辑，了解 ULPI 的协议(protocol)。那是因为总线是共享的，所以必须有某种方法可以知道何时应该接收数据和发送数据。

I这是您希望通过总线发送的输入数据，在被适当的时钟注册后。

O这是您在任何注册/同步之前通过总线接收的输出数据。

关键:三态缓冲区不是同步的。 这是您在三态缓冲区之前/之后所做的，它将正确同步您的信号。在这种情况下，您必须在时钟上升沿将您的输入同步到三态缓冲区(待发送)，并在时钟下降沿同步从三态缓冲区/IOBUF 接收的注册数据。

sample 设计。

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all; 

library unisim; -- for xilinx IOBUF
use unisim.vcomponents.all;

entity iobuffer_example is
   port (
      I_CLK                : in    std_logic;  -- synchronized with bidir bus
      IO_DATA              : inout std_logic;  -- data to/from external pin on bidir bus
      I_DIR_CTRL           : in    std_logic;  -- from other VHDL logic, controlling bidir bus direction
      O_DATA_FROM_EXTERNAL : out   std_logic;  -- data received over bidir bus
      I_DATA_TO_EXTERNAL   : in    std_logic);  -- data to send over bidir bus

end entity iobuffer_example;

architecture io_buffer_arch of iobuffer_example is
   signal data_in : std_logic;
   signal data_out : std_logic;
begin

   IOBUF_Inst : IOBUF
      port map (
         O     => data_in,              -- data from bidir bus
         IO    => IO_DATA,              -- data on bidir bus
         I     => data_out,             -- data to bidir bus
         T     => I_DIR_CTRL); -- 3-state enable input, high=input, low=output

   Register_Input : process (I_CLK) is
   begin
      if (falling_edge(I_CLK)) then
         O_DATA_FROM_EXTERNAL <= data_in;
      end if;
   end process Register_Input;

   Register_Output : process (I_CLK) is
   begin
      if (rising_edge(I_CLK)) then
         data_out <= I_DATA_TO_EXTERNAL;
      end if;
   end process Register_Output;

end architecture io_buffer_arch;

笔记。

注意跨时钟域交叉。这里有许多可能的数据从总线传出和传出的交叉点，特别是如果您的内部逻辑驱动在与总线时钟不同的时钟上。如果没有更多细节，我无法提出建议。

如果您想通过综合工具推断三态缓冲区的行为表示，您可以做这样的事情，而不是使用 unisim 库和 IOBUF :

PROCESS (I_DIR_CTRL, IO_DATA)
   BEGIN 
      IF( I_DIR_CTRL = '1') THEN 
         IO_DATA <= 'Z'; 
      ELSE 
         IO_DATA <= data_out; 
      END IF; 
      data_in <= IO_DATA;
END PROCESS;