如何設(shè)計(jì)參數(shù)化數(shù)據(jù)選擇器

需求：

在FPGA設(shè)計(jì)中，大部分情況下我們都得使用到數(shù)據(jù)選擇器。并且為了設(shè)計(jì)參數(shù)化，可調(diào)，通常情況下我們需要一個(gè)參數(shù)可調(diào)的數(shù)據(jù)選擇器，比如M選1，M是可調(diào)的參數(shù)。

如果，數(shù)據(jù)選擇器是不帶優(yōu)先級(jí)的，我們可以使用 verilog VHDL中的二維數(shù)組進(jìn)行設(shè)計(jì) 例如，這樣綜合編譯器也是可以正確生成對(duì)應(yīng)的電路。

reg[7:0]din[1:0];assign dout = din[sel];

當(dāng)我們，需要設(shè)計(jì)一個(gè)參數(shù)化的數(shù)據(jù)選擇器時(shí)呢？我們?cè)撊绾卧O(shè)計(jì)呢？以下羅列三種實(shí)現(xiàn)方式

方式一：嵌套if來(lái)實(shí)現(xiàn)：

假設(shè)我們的多路選擇器，在某些情況下最多位M路，那么我們可以嵌套M個(gè)if，這樣，我們就設(shè)計(jì)出了參數(shù)可調(diào) 2~M的多路選擇器。

always@(*)begin    if(sel[0])//1        dout = din[0*DATA_SIZE+:DATA_SIZE];    else if(sel[1])//2        dout = din[1*DATA_SIZE+:DATA_SIZE];    else if(sel[2])//3        dout = din[2*DATA_SIZE+:DATA_SIZE];    else if(sel[3])//4        dout = din[3*DATA_SIZE+:DATA_SIZE];    else if(sel[4])//5        dout = din[4*DATA_SIZE+:DATA_SIZE];    else if(sel[5])//6        dout = din[5*DATA_SIZE+:DATA_SIZE];    else if(sel[6])//7        dout = din[6*DATA_SIZE+:DATA_SIZE];    else if(sel[7])//8        dout = din[7*DATA_SIZE+:DATA_SIZE];    else//0        dout = 0;en

方式二：casez實(shí)現(xiàn)：

always @(*)begincasez(sel)8'b0000_0001:dout=din[0*DATA_SIZE+:DATA_SIZE];8'b0000_001?:dout=din[1*DATA_SIZE+:DATA_SIZE];8'b0000_01??:dout=din[2*DATA_SIZE+:DATA_SIZE];8'b0000_1???:dout=din[3*DATA_SIZE+:DATA_SIZE];8'b0001_????:dout=din[4*DATA_SIZE+:DATA_SIZE];8'b001?_????:dout=din[5*DATA_SIZE+:DATA_SIZE];8'b01??_????:dout=din[6*DATA_SIZE+:DATA_SIZE];8'b1???_????:dout=din[7*DATA_SIZE+:DATA_SIZE];default:dout=0;     endcaseend

方式三：采用與門或門搭建。

比如一個(gè)二選一的數(shù)據(jù)選擇器應(yīng)該，這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)：

一個(gè)三選一，帶優(yōu)先級(jí)的電路結(jié)構(gòu)：

也就是說(shuō)，我們可以通過(guò)代碼，描述出這樣一個(gè)電路結(jié)構(gòu)，通過(guò)邏輯復(fù)制的語(yǔ)句完成參數(shù)化的設(shè)計(jì)。

具體思路是這樣的，先把地址信號(hào)sel 變成只是優(yōu)先級(jí)高的那位為1，其他信號(hào)為0。例如，低位高優(yōu)先級(jí)，sel=1100，變換后sel_prio=0100。然后，將sel_prio與上對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，可以看出來(lái)只有1的那個(gè)數(shù)據(jù)才會(huì)被選通，其他為0

module mux#(    parameter DATA_SIZE = 8,    parameter NUM  = 8)(    input  [NUM*DATA_SIZE-1:0]  din,input[NUM-1:0]sel,output[DATA_SIZE-1:0]dout);
assigndout=mux_prio(din,sel);function[DATA_SIZE-1:0]mux_prio;    input  [NUM*DATA_SIZE-1:0]  din;    input  [NUM-1:0]        sel;        reg [NUM-1:0] dat;    integer i,j;    begin        for(i=0;i            for(j=0;j                dat[j] = din[j*DATA_SIZE+i];            end            mux_prio[i] = mux_prio_bit(dat,sel_prio(sel));        end    endendfunctionfunction [NUM-1:0] sel_prio ;    input [NUM-1:0] sel;    reg temp;    integer i,j;    begin        sel_prio[0] = sel[0];        for(i=1;i            begin                temp = 0;                for(j=0;j                    begin                        temp = temp | sel[j];                    end                sel_prio[i] = sel[i] && !temp;            end        endendfunctionfunctionmux_prio_bit;    input  [NUM-1:0]  din;    input  [NUM-1:0]  sel;    integer i;    begin        mux_prio_bit = din[0]&&sel[0];        for(i=1;i            mux_prio_bit = mux_prio_bit | (din[i]&sel[i]);        endendfunctionendmodule

方式四：基于行為級(jí)描述。

在前面的設(shè)計(jì)中我們是根據(jù)數(shù)據(jù)選擇器的電路結(jié)構(gòu)，用硬件語(yǔ)言描述出了這樣的電路，那么我們能不能只描述其功能，然后讓編譯器幫我們理解呢？

module mux#(    parameter DATA_SIZE = 8,    parameter NUM  = 8)(    input  [NUM*DATA_SIZE-1:0]  din,    input  [NUM-1:0]            sel,        output  [DATA_SIZE-1:0]      dout    );assign dout = mux_prio_a(din,sel);//基于功能，行為級(jí)的描述function  [DATA_SIZE-1:0]      mux_prio_a ;    input  [NUM*DATA_SIZE-1:0]  din;    input  [NUM-1:0]        sel;    reg temp;    integer i;    begin        temp = 1;        mux_prio_a = 0;        for(i=0;i            if(temp && sel[i])begin                temp = 0;                mux_prio_a = din[i*DATA_SIZE+:DATA_SIZE];            end        end    endendfunctionendmodule

總結(jié)：

1、首先，這里提供了了四種描述參數(shù)可配的帶優(yōu)先級(jí)的多路選擇器的描述方法。第一種和第二種是常規(guī)的描述方法推薦if-else結(jié)構(gòu)，第三種是根據(jù)電路結(jié)構(gòu)使用HDL描述，第四種是使用代碼描述了其功能。

2、第三種方法從功能描述，看起來(lái)描述簡(jiǎn)單，好理解，不過(guò)這樣的描述方式是看綜合軟件的“智能化程度”的，因?yàn)镕PGA是基于查找表LUT結(jié)構(gòu)的，這樣的描述方式在描述比較簡(jiǎn)單的電路功能，綜合器是可以正確理解的。如果比較復(fù)雜的電路，不推薦用這樣的描述方式。

3、值得注意的是，F(xiàn)PGA設(shè)計(jì)最重要的是理解低層的電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程最好是 功能--》電路--》HDL描述該電路，這才是最好的設(shè)計(jì)。使用類似第三種描述方式最好還是掌握理解底層電路結(jié)構(gòu)，然后看綜合出來(lái)的是不是你需要的電路