用 verilog 写 spi

下面是一个简单的 Verilog 代码示例，用于实现 SPI（串行外围接口）：

module spi (
  input clk,
  input rst,
  input [7:0] data_in,
  output [7:0] data_out,
  output cs_n,
  output sclk,
  output mosi,
  input miso
);

reg [7:0] shift_reg;
reg [2:0] state;

parameter IDLE = 3'b000;
parameter START = 3'b001;
parameter TRANSFER = 3'b010;
parameter END = 3'b011;

assign data_out = shift_reg;

always @(posedge clk or posedge rst) begin
  if (rst) begin
    shift_reg <= 8'b0;
    state <= IDLE;
    cs_n <= 1'b1;
    sclk <= 1'b0;
    mosi <= 1'b0;
  end else begin
    case (state)
      IDLE: begin
        shift_reg <= 8'b0;
        if (data_in != 8'hFF) begin
          state <= START;
        end
      end
      START: begin
        cs_n <= 1'b0;
        mosi <= 1'b1;
        sclk <= 1'b1;
        state <= TRANSFER;
      end
      TRANSFER: begin
        mosi <= shift_reg[7];
        sclk <= ~sclk;
        shift_reg <= { shift_reg[6:0], miso };
        if (sclk) begin
          state <= END;
        end
      end
      END: begin
        sclk <= 1'b0;
        if (shift_reg[0] == 1'b1) begin
          state <= IDLE;
          cs_n <= 1'b1;
        end else begin
          state <= TRANSFER;
        end
      end
    endcase
  end
end

endmodule

这个模块有以下输入和输出：

- 输入：
- `clk`：时钟输入
- `rst`：复位输入
- `data_in`：8 位数据输入
- `miso`：主设备输入，用于接收从设备发送的数据
- 输出：
- `data_out`：8 位数据输出
- `cs_n`：从设备片选输出
- `sclk`：时钟输出
- `mosi`：主设备输出，用于发送数据到从设备

这个模块的状态机有四个状态：

- `IDLE`：空闲状态
- `START`：开始传输状态
- `TRANSFER`：传输状态
- `END`：结束传输状态

在空闲状态下，模块等待主设备将数据写入 `data_in` 寄存器中。如果 `data_in` 不等于 `8'hFF`（即主设备写入了有效数据），则进入开始传输状态。

在开始传输状态下，模块拉低从设备的片选信号，设置主设备的 MOSI 信号为高电平，设置 SCLK 信号为高电平，进入传输状态。

在传输状态下，模块从 `shift_reg` 中取出最高位，将其设置到 MOSI 信号中，翻转 SCLK 信号的电平，将 MISO 信号中的数据放入 `shift_reg` 的最低位，如果 SCLK 信号变为高电平，则进入结束传输状态。

在结束传输状态下，模块将 SCLK 信号设置为低电平，如果 `shift_reg` 的最低位是 1，则传输结束，进入空闲状态，拉高从设备的片选信号，否则继续进入传输状态。