原创 【博客大赛】多路复用器优化之Mux背景及分类（2）

 综合时如何实现多路复用器

         首先二进制多路复用器可以直接使用ALTERA的lpm_mux函数，我们来看4:1多路复用器如何使用四输入查找表来实现，前面我们已经提到实现这种多路复用器需要两个LE，如图1所示。

图1: 4:1多路复用器实现

图2:4:1多路复用器是如何工作的

         如图2所示显示4:1多路复用器是如何工作的，S0选择复用器的输出是从A/B还是C/D之中产生，即S0等于0意味着C或D被选择输出。S1再在A/B和C/D中选择最终的输出。如图2所示，我们可以利用级联线来实现高速互联，而且这种级联线是一种比较正常的布线资源。

         前面我们提到大的多路复用器，会被综合工具分解成小的多路复用器。现在我们来看如何使用树形2:1多路复用器来组成N:1多路复用器，如图3所示。

图3：树形2:1多路复用器组成N:1多路复用器

         图3所示为创建较大多路复用器的标准技术，ASIC中也常用此技术。每一个2:1多路复用器使用了一个查找表，所以N:1多路复用器大体上要消耗N个LE（如果你仔细去数，实际上应该消耗了N-1个LE，这里我们只做大致估算）。如果将图3顶部从左手边开始，按照前面介绍的4:1多路复用器来实现，那么一个4:1多路复用器需要2个LE，那么结果就会如图4所示。

图4：树形4:1多路复用器组成N:1多路复用器

         如图4所示，一个4:1消耗2个LE，因为中间合成需要消耗资源，所以N:1总体LE消耗大概是0.66N个LE。

         对于多路复用选择器的实现，前面我们提到选择器就是一个树形的与门和或门，如图5所示，虚线框中为一个LE。该结构实现的N:1多路复用器消耗的LE资源应该也在N的三分之二左右，只是实际上这种结构比起前面的4:1结构要稍微多消耗一点点。

图5：多路复用选择器的实现

         最后，对于带优先级多路复用器的实现，我们来看如图6所示的结构，这种实现结果来自于IF-THEN-ELSE代码结构。图中，每个2:1消耗一个LE，所以N:1总共需要N个LE（实际也是N-1个）。需要注意的是，前面也提到过，这种结构的时序延时比较差。

图6：带优先级多路复用器实现

         不过，Quartus II可以对图6中结构进行优化，优化后的结构如图7所示。优化后，总体树形结构并未变得更大或更小，但是路径延时变得更小。如果设计中确实需要优先级多路复用器，那么Quartus II会以这种方式来实现。

图7：Quartus II对优先级多路复用器的优化

         如图7所示，只要最前面四个选择线中任何一个为高，即选择左手边数据作为输出，否则选择右手边数据作为输出，在其它每两个MUX之间也是按照同样的道理进行选择。Sel 0具有最高的优先级。如此优化之后，LE的消耗没有发生变化，但是却减少了逻辑深度，优化了逻辑延时。