将 verilog 16x4 单向多路复用器更改为双向多路复用器

Question

我编写了以下代码来实现四个 16:4 多路复用器：

module coder(
    selCh0, selCh1, selCh2, selCh3, 
    outCh0, outCh1, outCh2, outCh3,
    inEnc0, inEnc1, inEnc2, inEnc3
);
    input  wire [1:0] selCh0, selCh1, selCh2, selCh3;
    output wire [3:0] outCh0, outCh1, outCh2, outCh3;
    input  wire [3:0] inEnc0, inEnc1, inEnc2, inEnc3;

    mux_16x4 ch0(selCh0, inEnc0, inEnc1, inEnc2, inEnc3, outCh0);
    mux_16x4 ch1(selCh1, inEnc0, inEnc1, inEnc2, inEnc3, outCh1);
    mux_16x4 ch2(selCh2, inEnc0, inEnc1, inEnc2, inEnc3, outCh2);
    mux_16x4 ch3(selCh3, inEnc0, inEnc1, inEnc2, inEnc3, outCh3);
endmodule

module mux_16x4(sel, enc0, enc1, enc2, enc3, out);
    input wire [1:0] sel;
    input wire [3:0] enc0, enc1, enc2, enc3;
    output reg [3:0] out;

    always @(sel, enc0, enc1, enc2, enc3)
    begin
        case ({sel})
            2'b00: out <= enc0;
            2'b01: out <= enc1;
            2'b10: out <= enc2;
            2'b11: out <= enc3;
            default: out <= 4'b0;
        endcase;
    end
endmodule

我的问题有两个：

1. 有没有更有效和/或更好的方法来做到这一点？我正在学习，所以我写的代码没有任何特殊问题，但我想我会检查一下是否可以改进。
2. 我需要反转每个 4:1 多路复用器的第四位。现在，每个 inEncN 总线中的每一位都是输入，而每个 outChY 总线中的每一位都是输出。我一开始是这样写的，看看它是否能工作，但真正的硬件需要一个信号才能走另一条路。

为了更简洁，我将使用一组特定的信号进行解释。现在，outCh0[3:0] 中的位都是输出。我真的需要 outCh0[3] 作为输入，并将其映射到选择信号选择的任何 inEncN[3] 总线。因此，我还需要将所有 inEncN[3] 信号作为输出，而不是像每个相应总线中的其他三位那样作为输入。

我尝试制作所有有问题的总线 inout 而不是 input 或 output，但无论我尝试什么，我都无法编译。

上面显示的代码编译为 32 个逻辑元素，剩下 8 个备用。将代码放入 40 个或更少的逻辑元素中将是一个巨大的胜利，但我有一个可以接受的 B 计划。

任何帮助将不胜感激。

Answer 1

你不需要任何双向信号，你只需要重新定义你的端口。使用系统verilog，您可以将多维数组作为端口传递，这将使该代码更加紧凑。您还可以创建结构以在一个对象中包含 3 个输入和 1 个输出。但是，这是一个 verilog 问题，所以我们会这样做：

module coder(
  selCh0, selCh1, selCh2, selCh3, 
  outCh0, outCh1, outCh2, outCh3,
  inCh0, inCh1, inCh2, inCh3,
  inEnc0, inEnc1, inEnc2, inEnc3,
  outEnc0, outEnc1, outEnc2, outEnc3      
);
  input  [1:0] selCh0, selCh1, selCh2, selCh3;

  input  [2:0] inEnc0, inEnc1, inEnc2, inEnc3;
  output       outEnc0, outEnc1, outEnc2, outEnc3;

  output [2:0] outCh0, outCh1, outCh2, outCh3;
  input        inCh0, inCh1, inCh2, inCh3;

  wire [2:0] inEnc [0:3];
  wire       inCh [0:3];

  assign inEnc[0] = inEnc0;
  assign inEnc[1] = inEnc1;
  assign inEnc[2] = inEnc2;
  assign inEnc[3] = inEnc3;

  assign inCh[0] = inCh0;
  assign inCh[1] = inCh1;
  assign inCh[2] = inCh2;
  assign inCh[3] = inCh3;

  assign outCh0 = inEnc[selCh0];
  assign outCh1 = inEnc[selCh1];
  assign outCh2 = inEnc[selCh2];
  assign outCh3 = inEnc[selCh3];

  assign outEnc0 = inCh[selCh0];
  assign outEnc1 = inCh[selCh1];
  assign outEnc2 = inCh[selCh2];
  assign outEnc3 = inCh[selCh3];

endmodule

这是在系统 verilog 中使用数组作为端口重复的。这也被参数化以实现通道数的灵活性。由于通道数可能不是 2 的幂，我们必须检查 selCh 是否为合法值。如果不是，则为输出分配一个默认值。 $clog2 函数用于计算从NUMCH 输入中选择所需的最小位数：

module coder #(parameter NUMCH=4) (
  input [$clog2(NUMCH)-1:0] selCh[NUMCH],

  input      [2:0] inEnc[NUMCH],
  output reg       outEnc[NUMCH],

  output reg [2:0] outCh[NUMCH],
  input            inCh[NUMCH]
  );

  always_comb begin
    for (int i=0; i<NUMCH; i++) begin
      if(selCh[i]<NUMCH) begin
        outCh[i] = inEnc[selCh[i]];
        outEnc[i] = inCh[selCh[i]];
      end
      else begin
        outCh[i] = '0;
        outEnc[i] = '0;
      end
    end
  end
endmodule