标签: 多路复用器

     Pickering Interfaces近日宣布，一个主要的飞机发动机控制单元英国制造商最近订购了大量的高密度PXI多路复用器（模型# 40-651），并将它们应用于他们新的自动化生产测试系统切换方案中。这些系统将被用来测试空客A330和A350和波音飞机的FADEC（全权限数字式发动机控制器）雷击保护元件。 图1  高密度PXI多路复用器        客户需要测试用于保护敏感的电子设备FADEC尖峰电压连接线的瞬态电压抑制二极管，或transorbs在飞机雷击后的性能。由于需要测试transorbs的数量很多（一个FADEC的I/O连接口上各一个），这个时候就需要用到大量的大功率多路复用器，并需要连接到UUT的测试仪器上。      客户需要一个紧凑的，可扩展和易于维护的模块化测试架构，所以他们选择PXI作为他们的首选平台。在市面上没有他们所需的高性能高密度PXI多路复用器，他们来到了Pickering Interfaces公司（优选的PXI开关供应商），并和Pickering Interfaces公司的工程师讨论他们的选择。Pickering Interfaces的工程师随后为他们设计，建造和测试一个新的PXI多路复用器。在一个成功的初始原型试验后，Pickering Interfaces经过跟客户多次讨论之后，再增加一个连接到多路复用器的多路复用器共同连接，从而简化测试系统的繁杂的接线的问题。客户初步的需求为84个多路复用器模块，并且也增加未来的需求的计划。       40-651高密度PXI多路复用器是可在全球范围内的COTS（商用现货）产品。要想知道规格和价格请访问虹科电子网站或者发送邮件到sales@hkaco.com。  

         逻辑设计者在进行HDL代码设计的时候，使用的if-else、case等结构在综合的时候常常会推导成多路复用器结构。这里我们将要和大家讨论一下在Quartus II综合器中有哪些选项可以用来优化多路选择器，深入理解综合工具是如何处理多路复用器的，并指导HDL代码设计。            通常在用到综合或布图工具中的优化选项的时候，是对最终设计结果的优化。因此，这种情况往往发生在设计的末期，或者将设计移植到其它器件上时。而优化往往要求设计要对设计有很好的理解，因为综合器并不能总是理解设计的意图，用户是最能理解自己设计的。            在我们介绍多路复用器优化之前，首先来看一个图表，这是ALTERA自己给出的市场调查结果，如图1所示。示意多路选择器的设计占比较高，这就是为何我们要介绍多路复用器优化。     图1：多路选择器在设计中的占比

 最近有幸与Xilinx的FAE交流了一次，收益颇多，其中讲到了Xilinx FPGA的内部结构，进一步加深了我对FPGA的认识。在 Xilinx 7系列FPGA使用之CLB探索 和 （续）Xilinx 7系列FPGA使用之CLB探索 中学习了CLB结构，竟然忽略了一个重要结构：多路复用器(multiplexer)，在一个Slice中包含有三个多路复用器：F7MUXA、F7MUXB和F8MUX。其中F7MUXA组合LUT A和LUT B成为7输入LUT，F7MUXB组合LUT C和LUT D成为7输入LUT，而F8MUX组合1个Slice中的4个LUT成为8输入LUT。因此通过F7MUXA、F7MUXB和F8MUX的搭配，1个Slice可以实现4:1、8:1和16:1多路复用器，如图1、2、3所示。 图1 4:1 Multiplexer 图2 8:1 Multiplexer 图3 16:1 Multiplexer          在FPGA设计中需要多路选择时，可充分考虑此结构，比如地址译码电路，1个Slice最大能充当16:1的MUX，当超过16路选择时该如何处理呢？下面以实例来分析一下：          首先来看一下16:1的地址译码，程序如下，如图4所示为综合结果 module  mux16_1(      input  clk,      input  rst,      input  addr,      input  din,      output  do     ); reg  dout; always @( posedge  clk)           if (rst)                    dout=1'b0;           else                     case (addr)                    4'b0000: dout=din ;                    4'b0001: dout=din ;                    4'b0010: dout=din ;                    4'b0011: dout=din ;                    4'b0100: dout=din ;                    4'b0101: dout=din ;                    4'b0110: dout=din ;                    4'b0111: dout=din ;                    4'b1000: dout=din ;                    4'b1001: dout=din ;                    4'b1010: dout=din ;                    4'b1011: dout=din ;                    4'b1100: dout=din ;                    4'b1101: dout=din ;                    4'b1110: dout=din ;                    4'b1111: dout=din ;                     endcase                    assign  do=dout; endmodule 图4          与期望的相同，16:1 多路复用器可以通过4个LUT、2个F7MUX和1个F8MUX组合得到。          如果需要实现大于16:1的多路复用器该如何实现呢？试一下32:1，看综合器得到什么结果，程序如下，综合结果如图5所示。 module  mux32_1(      input  clk,      input  rst,      input  addr,      input  din,      output  do     );   reg  dout; always @( posedge  clk)           if (rst)                    dout=1'b0;           else                     case (addr)                    5'b00000: dout=din ;                    5'b00001: dout=din ;                    5'b00010: dout=din ;                    5'b00011: dout=din ;                    5'b00100: dout=din ;                    5'b00101: dout=din ;                    5'b00110: dout=din ;                    5'b00111: dout=din ;                    5'b01000: dout=din ;                    5'b01001: dout=din ;                    5'b01010: dout=din ;                    5'b01011: dout=din ;                    5'b01100: dout=din ;                    5'b01101: dout=din ;                    5'b01110: dout=din ;                    5'b01111: dout=din ;                    5'b10000: dout=din ;                    5'b10001: dout=din ;                    5'b10010: dout=din ;                    5'b10011: dout=din ;                    5'b10100: dout=din ;                    5'b10101: dout=din ;                    5'b10110: dout=din ;                    5'b10111: dout=din ;                    5'b11000: dout=din ;                    5'b11001: dout=din ;                    5'b11010: dout=din ;                    5'b11011: dout=din ;                    5'b11100: dout=din ;                    5'b11101: dout=din ;                    5'b11110: dout=din ;                    5'b11111: dout=din ;                     endcase                    assign  do=dout; endmodule 图5          实现32:1多路复用器使用了3个Slice，是4:1(Slice 1、Slice 2)和8:1(Slice 3)多路复用器的级联，综合器自动分析多路复用器达到了最优化的组合。 图6          如图6所示为32:1多路复用器数据路径的延时报告，其中LUT6和F7MUX的延时分别为0.049ns、0.192ns，LUT6与F7MUX之间的走线延时为0ns，相比于红框中的0.548ns忽略不计了，因为红框中的Net Delay是Slice外部的走线延时，LUT6与F7MUX之间的走线在Slice内部。因此，利用F7MUX、F8MUX实现的多路复用器缩短了逻辑延时，有利于时序收敛。