前言：
本专栏旨在记录高频笔面试手撕代码题，以备数字前端秋招，本专栏所有文章提供原理分析、代码及波形，所有代码均经过本人验证。
目录如下：
10.数字IC手撕代码-数据位宽转换器（宽-窄，窄-宽转换）
13.数字IC手撕代码-流水握手（利用握手解决流水线断流、反压问题）
18.数字IC手撕代码-双端口RAM（dual-port-RAM）
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题目描述
将数据进行串转并处理,输入 3780 个串行比特,每个数据占一个时钟周期,输入共占 3780 个时钟,要求并行输出 63 个 bit,共 60 个时钟输出完.其时序示意图如下: 第 1 个时钟并行输出 0,60,…,3720，做为 bus 整体输出 第 2 个时钟并行输出 1,61,…3721 第 60 个时钟并行输出 59,119,…3779 注意每次并行输出仅占一个时钟周期,60 个时钟周期便输出完. 输出与输入的相对时延关系任意即可。
解题思路
这道题乍一眼看上去好像很简单，串并转换就行了，但其实涉及到一个单bit数据位置的问题，不仅如此，如果写出来的代码不是“一次性”的，能经得住背靠背传输、以及间断传输的考验的话，代码还是需要写一段把所有情况考虑进去的。
重新理一下题目的意思，题目是实现一个串并的转换，每周期输入1bit数据，共在3780个周期内完成输入3780个1bit数据。因为并行输出是在串行输入全部完成后进行的，因此我们需要将3780个串行输入存储起来，可以用RAM也可以用寄存器直接存储。并行输出，每次输出63bit，共输出60周期，60*63bit=3780bit。
这里的关键在于并行输出的相邻bit是跳跃式的，0、60、120...；1、61、121...；因此找到并行输出和串行输入之间的映射关系尤为重要。可以用一个60*63=3780的一维数组data_store去存储输入的串行数据。我的思路是用一个地址addr来索引每次存储在一维数组data_store的位置，然后每63个周期为一个loop，总共有60个loop，在一个loop中，往一维数组里面写入单bit数据，位置分别存放在59,119,179,...,3719,3779。每经过63周期（存完63bit数据），一维数组就右移1bit（左边高bit，右边低bit）。这样子经过62次shift后，第一个写入的单bit数据就会被shift到最低位，一开始写在62位置的bit，会被移位到0位置，一开始写在3779位置的bit，会被移位到3717位置。 最后，在经过60loop之后，3780个单bit数据都输入完了，我们就可以输出高bit数据，把output_valid输出有效信号拉高，同时一周期输出一次63bit，输出60次63bit，完成串行转并行。
reg [5:0] shiftcount;
always @(posedge clk)begin
if(data_in_ena && loop_row == 6'd0)begin
data_store[addr] <= serial_data;
end
else if(data_in_ena && loop_row != 6'd0 && count_row == 6'd0)begin
data_store <= {1'b0,data_store[3779:64],serial_data,data_store[62:1]}; //should shift 63 times 60bit shift one times
shiftcount <= shiftcount + 1'b1;
end
else if(data_in_ena && loop_row != 6'd0 && count_row > 6'd0)begin
data_store[addr] <= serial_data;
end
end
always @(posedge clk)begin
if(!rstn)begin
addr <= 12'd62;
shiftcount <= 6'd0;
end
else if(data_in_ena && count_row < 59)begin
addr <= 63*count_row+12'd125; //addr belongs to {62,125,188,...,3779}
end
else if(data_in_ena && count_row == 59)begin
addr <= 12'd62;
end
end
代码
module serial_to_parallel (
input clk ,
input rstn ,
input serial_data ,
input data_in_ena ,
output [62:0] parallel_data ,
output reg data_out_ena
);
reg [3779:0] data_store;
reg [11:0] addr;
reg [62:0] parallel_data_reg;
reg [5:0] count_column,count_row; //one column is once parallel_data
reg [5:0] loop_column,loop_row;
reg [5:0] output_count;
reg output_valid;
always @(posedge clk)begin //one loop ,save 63 bits data, so count_column belongs to [0,62]
if(!rstn)begin
count_column <= 6'd0;
end
else if(data_in_ena && count_column < 6'd62)begin
count_column <= count_column + 1'b1;
end
else if(data_in_ena && count_column == 6'd62)begin
count_column <= 6'd0;
end
end
always @(posedge clk)begin //count_row belongs to [0,59]
if(!rstn)begin
count_row <= 6'd0;
end
else if(data_in_ena && count_row < 6'd59)begin
count_row <= count_row + 1'b1;
end
else if(data_in_ena && count_row == 6'd59)begin
count_row <= 6'd0;
end
end
always @(posedge clk)begin //loop_column belongs to [0,59]
if(!rstn)begin
loop_column <= 6'd0;
end
else if(count_column == 6'd62 && loop_column < 6'd59)begin
loop_column <= loop_column + 1'b1;
end
else if(count_column == 6'd62 && loop_column == 6'd59)begin
loop_column <= 6'd0;
end
end
always @(posedge clk)begin //loop_row belongs to [0,62]
if(!rstn)begin
loop_row <= 6'd0;
end
else if(count_row == 6'd59 && loop_row < 6'd62)begin
loop_row <= loop_row + 1'b1;
end
else if(count_row == 6'd59 && loop_row == 6'd62)begin
loop_row <= 6'd0;
end
end
reg [5:0] shiftcount;
always @(posedge clk)begin
if(data_in_ena && loop_row == 6'd0)begin
data_store[addr] <= serial_data;
end
else if(data_in_ena && loop_row != 6'd0 && count_row == 6'd0)begin
data_store <= {1'b0,data_store[3779:64],serial_data,data_store[62:1]}; //should shift 63 times 60bit shift one times
shiftcount <= shiftcount + 1'b1;
end
else if(data_in_ena && loop_row != 6'd0 && count_row > 6'd0)begin
data_store[addr] <= serial_data;
end
end
always @(posedge clk)begin
if(!rstn)begin
addr <= 12'd62;
shiftcount <= 6'd0;
end
else if(data_in_ena && count_row < 59)begin
addr <= 63*count_row+12'd125; //addr belongs to {62,125,188,...,3779}
end
else if(data_in_ena && count_row == 59)begin
addr <= 12'd62;
end
end
//parallel output
genvar i ;
generate
for (i=0;i<=59;i=i+1)begin
always @(posedge clk)begin
if(output_valid == 1'b1)begin
case(output_count)
i:parallel_data_reg <= data_store[i*63+62:i*63];
endcase
end
end
end
endgenerate
always @(posedge clk)begin
if(!rstn)begin
output_valid <= 1'b0;
end
else if(count_column == 6'd62 && loop_column == 6'd59)begin
output_valid <= 1'b1;
end
else if(output_valid == 1'b1 && output_count == 6'd59)begin
output_valid <= 1'b0;
end
end
always @(posedge clk)begin
if(!rstn)begin
output_count <= 6'd0;
end
else if(output_valid == 1'b1 && output_count < 6'd59)begin
output_count <= output_count + 1'b1;
end
else begin
output_count <= 6'd0;
end
end
always @(posedge clk)begin
data_out_ena <= output_valid; //one beat late
end
assign parallel_data = parallel_data_reg;
endmoduletestbench
module serial_to_parallel_tb();
reg clk,rstn;
reg serial_data,data_in_ena;
wire [62:0] parallel_data;
wire data_out_ena;
always #5 clk = ~clk;
initial begin
clk <= 1'd0;
rstn <= 1'd0;
serial_data <= 1'b1;
#16
rstn <= 1'b1;
forever begin
repeat(3780)begin
#10
serial_data <= serial_data + 1'b1;
data_in_ena <= 1'b1;
end
repeat(60)begin
#10
data_in_ena <= 1'b0;
end
end
end
initial begin
#100000
$finish();
end
//dump fsdb
initial begin
$fsdbDumpfile("serial_to_parallel.fsdb");
$fsdbDumpvars(0);
end
serial_to_parallel u_serial_to_parallel(
.clk (clk) ,
.rstn (rstn) ,
.serial_data (serial_data) ,
.data_in_ena (data_in_ena) ,
.parallel_data (parallel_data) ,
.data_out_ena (data_out_ena)
);
endmodule输出波形
支持背靠背传输，3780周期输入单bit数据，之后输入有效信号拉低60周期，此时输出有效信号拉高，输出60周期63bit的并行数据。
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