arrays - 创建通用多路复用器

Question

我想创建一个通用的多路复用器，这意味着它可以有可变数量的输入和可变的 data_width。这意味着为了声明数据输入，我需要一个如下所示的数组:

type data is array(entries-1 downto 0) of std_logic_vector(data_width-1 downto 0);

但是，我不确定如何才能做到这一点。我对应该在哪里声明“数据”类型感到困惑，因为我必须在输入端口声明中使用它

Answer 1

您可以按如下方式实现通用多位复用器:

type data is array(natural range <>) of
    std_ulogic_vector(data_width-1 downto 0);

--## Compute the integer result of the function ceil(log(n))
--#  where b is the base
function ceil_log(n, b : positive) return natural is
  variable log, residual : natural;
begin

  residual := n - 1;
  log := 0;

  while residual > 0 loop
    residual := residual / b;
    log := log + 1;
  end loop;

  return log;
end function;


function mux_data(Inputs : data; Sel : unsigned)
  return std_ulogic_vector is

  alias inputs_asc    : data(0 to Inputs'length-1) is Inputs;
  variable pad_inputs : data(0 to (2 ** Sel'length) - 1);
  variable result     : std_ulogic_vector(inputs_asc(0)'range);
begin

  assert inputs_asc'length <= 2 ** Sel'length
    report "Inputs vector size: " & integer'image(Inputs'length)
      & " is too big for the selection vector"
    severity failure;

  pad_inputs := (others => (others => '0'));
  pad_inputs(inputs_asc'range) := inputs_asc;
  result := pad_inputs(to_integer(Sel));

  return result;
end function;


signal mux_in  : data(0 to entries-1);
signal mux_out : std_ulogic_vector(data_width-1 downto 0);
signal mux_sel : unsigned(ceil_log(entries, 2)-1 downto 0);
...

mux_out <= mux_data(mux_in, mux_sel);

mux_data 函数通过创建一个临时数组 pad_inputs 来工作，该数组保证是 2 的幂并且大于或等于条目数。它将输入复制到此数组中，任何未占用的位置默认为 (others => '0')。然后它可以安全地使用整数索引来提取选定的输入。别名的存在是为了确保函数能够优雅地处理非基于 0 的数组。

data 类型已定义为 std_ulogic_vector 的无约束数组。 mux_data 函数将自动适应任何大小，而无需了解 entries 泛型。该函数是在假设传入升序范围数组的情况下编写的。降序数组仍然有效，但所选索引与选择控件的二进制值不匹配。 unsigned 选择控件使用 ceil_log 函数自动配置为所需的大小。通过这种方式，逻辑将适应 entries 和 data_width 的任何值。对于那里的怀疑者，这将综合。

不可能(在 VHDL-2008 之前)将 data 类型的信号放在端口上，因为它需要使用泛型设置的约束来声明。处理此问题的标准方法是将您的输入展平为一维数组:

port (
  mux_in_1d : std_ulogic_vector(entries*data_width-1 downto 0);
  ...
);
...

-- Expand the flattened array back into an array of arrays
process(mux_in_1d)
begin
  for i in mux_in'range loop
    mux_in(i) <= mux_in_1d((i+1)*data_width-1 downto i*data_width);
  end loop;
end process; 

使用 VHDL-2008，您可以声明一个完全不受约束的类型 data 并在端口上使用它:

-- Declare this in a package 
type data is array(natural range <>) of std_ulogic_vector;
...

port (
  mux_in : data(0 to entries-1)(data_width-1 downto 0);
  ...
);
...

-- Substitute this line in the mux_data function
variable pad_inputs : data(0 to (2 ** Sel'length) - 1)(inputs_asc(0)'range);