8 位元轉 16 位元資料寬度轉換器

請設計一個名為 width_8to16 的資料寬度轉換模組，將連續到達的兩筆 8 位元資料組合成一筆 16 位元資料。

第一筆有效的 8 位元資料必須放在 data_out 的高 8 位元，第二筆有效資料放在低 8 位元：

data_out = {第一筆資料, 第二筆資料}

例如，依序收到：

第一筆資料 = 8'hA0
第二筆資料 = 8'hA1

則輸出為：

data_out = 16'hA0A1

只有當 valid_in 為 1 時，data_in 才是有效資料。

收到第一筆有效資料時，模組必須暫存該資料，但不可立即產生有效輸出。收到第二筆有效資料後，模組將兩筆資料組合至 data_out，並將 valid_out 拉高一個時脈週期。

若兩筆有效資料之間存在數個 valid_in = 0 的週期，第一筆資料仍必須保留，直到第二筆有效資料到達。

模組名稱

width_8to16

輸入埠

輸出埠

功能說明

Reset

當：

rst_n = 0

時，模組必須清除所有內部狀態：

data_lock = 0
data_out  = 0
valid_out = 0
flag      = 0

第一筆有效資料

當 valid_in = 1 且目前正在等待第一筆資料時：

data_lock <= data_in;

此時：

valid_out = 0

第一筆資料只會被暫存在 data_lock 中。

第二筆有效資料

當 valid_in = 1 且先前已經收到第一筆資料時：

data_out <= {data_lock, data_in};

同時：

valid_out = 1

完成輸出後，模組重新等待下一組資料的第一筆輸入。

无效輸入週期

當：

valid_in = 0

時，不接收 data_in，並將：

valid_out = 0

若模組已經收到第一筆資料，該資料必須繼續保留。

資料組合範例

輸入時序如下：

設計要求

1. 模組名稱必須為 width_8to16。
2. 每兩筆有效的 8 位元資料組成一筆 16 位元資料。
3. 第一筆有效資料放在輸出的高 8 位元。
4. 第二筆有效資料放在輸出的低 8 位元。
5. 收到第一筆資料時不可產生有效輸出。
6. 收到第二筆資料時，valid_out 拉高一個時脈週期。
7. valid_in = 0 的週期不得改變資料配對狀態。
8. data_out 在沒有新輸出時保持原值。
9. rst_n 為低電位有效的非同步 Reset。
10. 時序邏輯必須使用 nonblocking assignment。

程式模板

module width_8to16 (
    input             clk,
    input             rst_n,
    input             valid_in,
    input      [7:0]  data_in,
    output reg        valid_out,
    output reg [15:0] data_out
);

    // Write your code here

endmodule