4 位元平行轉序列轉換器

請設計一個名為 parallel2serial 的平行轉序列模組，將每筆 4 位元平行輸入資料 d 轉換為 1 位元序列輸出 dout。

輸出順序必須由最高位元至最低位元：

d[3] → d[2] → d[1] → d[0]

當模組載入一筆新的平行資料時，valid_out 輸出 1，表示目前的 dout 為該筆資料的最高位元 d[3]。

接下來三個時脈週期，valid_out 輸出 0，並依序輸出：

d[2]、d[1]、d[0]

每完成四個位元的序列輸出後，模組重新載入目前的平行輸入 d，開始下一輪轉換。

模組名稱

parallel2serial

輸入埠

輸出埠

功能說明

Reset

當：

rst_n = 0

時，模組必須清除內部資料、計數器與有效訊號：

data      = 0000
cnt       = 0
valid_out = 0
dout      = 0

載入平行資料

當計數器 cnt 等於 3 時，在下一個 clk 上升沿載入新的平行資料：

data <= d;

同時：

cnt   <= 0;
valid <= 1;

由於 dout 連接至 data[3]，載入後首先輸出最高位元 d[3]。

序列輸出

在其他時脈週期中，資料暫存器向左旋轉一個位元：

data <= {data[2:0], data[3]};

因此最高位元依序為：

原始 data[3]
原始 data[2]
原始 data[1]
原始 data[0]

同時：

valid <= 0;

輸出範例

若載入：

d = 4'b1011

則輸出時序為：

下一個週期會重新載入目前的 d，並再次將 valid_out 設為 1。

設計要求

1. 模組名稱必須為 parallel2serial。
2. 輸入資料寬度為 4 位元。
3. 序列輸出順序為 MSB 至 LSB。
4. 載入新資料時，valid_out 輸出 1。
5. 載入時首先輸出 d[3]。
6. 接下來三個週期依序輸出 d[2]、d[1]、d[0]。
7. 使用 2 位元計數器記錄輸出位置。
8. rst_n 為低電位有效的非同步 Reset。
9. 時序邏輯必須使用 nonblocking assignment。

程式模板

module parallel2serial (
    input      clk,
    input      rst_n,
    input      [3:0] d,
    output     valid_out,
    output     dout
);

    // Write your code here

endmodule