INOUT 端口的多路复用器

Question

大家好，我正在尝试交换 2 对 INOUT 信号，但到目前为止没有太多成功。

我有两个 PS/2 控制器，我想交换 PS2(1) 到 PS2(2) 信号，同时交换 PS2(2) 到 PS2(1) 信号。

也许用实际的（截断的）代码来解释更简单。

-- external ports 
ps2_clk_io        : inout std_logic     := 'Z';
ps2_data_io       : inout std_logic     := 'Z';
ps2_mouse_clk_io  : inout std_logic     := 'Z';
ps2_mouse_data_io : inout std_logic     := 'Z';


-- signals
signal ps2_mode_s   : std_logic := '0';
signal PS2K_DAT_IN  : std_logic;
signal PS2K_DAT_OUT : std_logic;
signal PS2K_CLK_IN  : std_logic;
signal PS2K_CLK_OUT : std_logic;
signal PS2M_DAT_IN  : std_logic;
signal PS2M_DAT_OUT : std_logic;
signal PS2M_CLK_IN  : std_logic;
signal PS2M_CLK_OUT : std_logic;

signal ps2_data_out : std_logic;
signal ps2_clk_out      : std_logic;
signal ps2_mouse_data_out   : std_logic;
signal ps2_mouse_clk_out    : std_logic;

 -- LOGIC BLOCK
 -- PS/2 keyboard
 PS2K_DAT_IN <= ps2_data_io when ps2_mode_s = '0' else ps2_mouse_data_io;
 PS2K_CLK_IN <= ps2_clk_io  when ps2_mode_s = '0' else ps2_mouse_clk_io;

 ps2_data_out <= PS2K_DAT_OUT when ps2_mode_s = '0' else PS2M_DAT_OUT;
 ps2_clk_out  <= PS2K_CLK_OUT when ps2_mode_s = '0' else PS2M_CLK_OUT;

 ps2_data_io <= '0' when ps2_data_out = '0' else 'Z';
 ps2_clk_io  <= '0' when ps2_clk_out  = '0' else 'Z';

 -- PS/2 Mouse
 PS2M_DAT_IN <= ps2_mouse_data_io when ps2_mode_s = '0' else ps2_data_io;
 PS2M_CLK_IN <= ps2_mouse_clk_io  when ps2_mode_s = '0' else ps2_clk_io;

 ps2_mouse_data_out <= PS2M_DAT_OUT when ps2_mode_s = '0' else PS2K_DAT_OUT;
 ps2_mouse_clk_out  <= PS2M_CLK_OUT when ps2_mode_s = '0' else PS2K_CLK_OUT;

 ps2_mouse_data_io <= '0' when ps2_mouse_data_out = '0' else 'Z';
 ps2_mouse_clk_io  <= '0' when ps2_mouse_clk_out  = '0' else 'Z';

如您所见，我想使用控制信号“ps2_mode_s”在鼠标和键盘之间交换信号。如果此信号为“0”，我需要第一个端口上的键盘和第二个端口上的鼠标。如果是“1”，则相反，鼠标在第一个端口，键盘在第二个端口。

我已经尝试了一些变体，但没有找到合适的解决方案。

（编辑）如果我使用多路复用器，两个端口似乎都不会发送或接收任何数据。

（编辑）所有四个信号都连接到各自的模块。 PS2K_DAT_IN、PS2K_CLK_IN、PS2K_DAT_OUT、PS2K_CLK_OUT 进入 ps2 键盘控制器，其他四个 PS2M_DAT_IN、PS2M_CLK_IN、PS2M_DAT_OUT、PS2M_CLK_OUT 进入 ps2 鼠标控制器模块。如果我不使用多路复用器，两个模块都可以工作，将信号直接连接到 INOUT 端口。

PS2K_DAT_IN <= ps2_data_io;
ps2_data_io <= '0' when (PS2K_DAT_OUT = '0') else 'Z';
PS2K_CLK_IN <= ps2_clk_io;
ps2_clk_io  <= '0' when (PS2K_CLK_OUT = '0') else 'Z';

PS2M_DAT_IN <= ps2_mouse_data_io;
ps2_mouse_data_io <= '0' when (PS2M_DAT_OUT = '0') else 'Z';
PS2M_CLK_IN <= ps2_mouse_clk_io;
ps2_mouse_clk_io <= '0' when (PS2M_CLK_OUT = '0') else 'Z';

有人可以帮忙吗？

Answer 1

诀窍是在每个双向引脚缓冲区之前放置两个多路复用器（一个用于输入，一个用于输出）。

library ieee;
use ieee.std_logic_1154.all;

entity PS2Switch is
    port(
        -- control
        mode_s : in std_logic;
        -- keyboard ps/2 block
        kbd_clk_in   : in  std_logic;
        kbd_clk_out  : out std_logic;
        kbd_data_in  : in  std_logic;
        kbd_data_out : out std_logic;
        -- mouse ps/2 block
        mouse_clk_in   : in  std_logic;
        mouse_clk_out  : out std_logic;
        mouse_data_in  : in  std_logic;
        mouse_data_out : out std_logic;
        --port A
        prtA_clk  : inout std_logic;
        prtA_data : inout std_logic;
        --port B
        prtB_clk  : inout std_logic;
        prtB_data : inout std_logic
        );
end entity;

architecture rtl of PS2Switch is
    signal prtA_clk_out  : std_logic;
    signal prtA_data_out : std_logic;
    signal prtB_clk_out  : std_logic;
    signal prtB_data_out : std_logic;
begin
    -- output muxes
    kbd_clk_out    <= prtA_clk  when mode_s = '0' else prtB_clk;
    kbd_data_out   <= prtA_data when mode_s = '0' else prtB_data;
    mouse_clk_out  <= prtA_clk  when mode_s = '1' else prtB_clk;
    mouse_data_out <= prtA_data when mode_s = '1' else prtB_data;

    -- input muxes
    prtA_clk_out  <= kbd_clk_in  when mode_s = '0' else mouse_clk_in;
    prtA_data_out <= kbd_data_in when mode_s = '0' else mouse_data_in;
    prtB_clk_out  <= kbd_clk_in  when mode_s = '1' else mouse_clk_in;
    prtB_data_out <= kbd_data_in when mode_s = '1' else mouse_data_in;

    -- tristate buffers (output pins)
    prtA_clk  <= '0' when prtA_clk_out  = '0' else 'Z';
    prtA_data <= '0' when prtA_data_out = '0' else 'Z';
    prtB_clk  <= '0' when prtB_clk_out  = '0' else 'Z';
    prtB_data <= '0' when prtB_data_out = '0' else 'Z';
end architecture;

Answer 2

它是你那里的信号的混搭。我认为出于这个原因，我更喜欢示意图。不幸的是，该选项在 SE 站点上不可用（就像在 EE 站点上一样）。

第一眼我就觉得你在哪里 试图通过 FPGA 构建双向路径。我试图跟踪正在发生的事情，但失败了。

我被卡住了，因为您从未为 PS2K_CLK_OUT 赋值，但您确实使用了信号。 PS2K_DAT_OUT 也是如此。因此，代码肯定是有缺陷的。 我建议您修复该部分，并通过添加更多类型的 cmets 来更轻松地了解正在发生的事情：

-- Mode A: Data comes from X and goes to Y

一般来说：
据我所知，不可能通过 FPGA 构建真正的双向路径。 （真的，我的意思是它自行确定信号方向）。您需要一个在输入和输出模式之间切换端口的信号。如果这是您需要的，您唯一的选择是使用外部模拟开关或继电器。