多路选择器MUX总结-IC学习笔记（八）

多路复用器是一种组合电路，它从许多输入信号中选择一个作为输出，本文先介绍两个MUX的简单应用，主要关于如何将verilog与物理实现对应；第二当MUX作为时钟切换电路时如何避免毛刺（glitch）。

1.1 MUX code与物理实现对应

1.1.1 异或实现

module xor_rill（
input a,
input b,
output z
）；
assign z = a?(~b):b;
endmodule

物理实现：

1.1.2 二输入与实现

物理实现：

1.1.3 向量元素引用

问题：Create a 1-bit wide, 256-to-1 multiplexer. The 256 inputs are all packed into a single 256-bit input vector. sel=0 should select in[0], sel=1 selects bits in[1], sel=2 selects bits in[2], etc.

提示：不能用case结构

module top_module (
	input [255:0] in,
	input [7:0] sel,
	output  out
);
	assign out = in[sel];	
endmodule

多比特向量索引：

assign out = in[sel*4 +: 4];
assign out = in[sel*4+3 -: 4];	

1.2 时钟切换的MUX设计 glitch free技术

在SOC的设计中，经常需要用到大量的时钟源的选择与切换，以及时钟的分频，其中对于时钟的切换就显得尤为重要，并且如何在切换时钟源的过程中消除毛刺（glitch）。

对于一个时钟切换电路，输入两个异步时钟clk0、clk1，以及一个选择信号sel。我们直接使用2MUX就可以实现两个时钟源的切换，RTL代码也很简单：

assign clk_out = sel? clk1 :clk0;

clk0,clk1是异步的关系，所以就存在时钟切换会发生在任意时刻，也就会存在glitch的产生。当寄存器捕获到时钟沿其他没捕获到，极有可能造成系统的不稳定。

对于需要无缝切换时钟源，我们需要解决的问题有：
1.异步切换信号的跨时钟域同步问题，即可以用到异步复位，同步释放电路。
2.同步后的切换信号与时钟信号的逻辑设计。

1.2.1 方法一

`timescale 1ns/100ps

module clk_switch ( 
  out_clk,	 // Outputs
  clk_a, clk_b, select   // Inputs
  );
	input clk_a;
  	input clk_b;
 	input select; 	
	output out_clk;
	
	wire   out_clk;
	reg q1,q2,q3,q4;
	wire or_one, or_two,or_three,or_four;
	
	always @ (posedge clk_a)
	begin
	   if (clk_a == 1'b1)
	   begin
	      q1 <= q4;
	      q3 <= or_one;
	   end
	end
	
	always @ (posedge clk_b)
	begin
	   if (clk_b == 1'b1)
	   begin
	       q2 <= q3;
	       q4 <= or_two;
	   end
	end
	
	assign or_one   = (!q1) | (!select);
	assign or_two   = (!q2) | (select);
	
	assign or_three = (q3)  | (clk_a);
	assign or_four  = (q4)  | (clk_b);
	
	assign out_clk  = or_three & or_four;

endmodule

1.2.2 方法二

`timescale  1ns/10ps
module  clock_mux (
    // OUTPUTs
    //=========
    output         clk_out,        // Clock output
 
    // INPUTs
    //=========
    input          clk_in0,        // Clock input 0
    input          clk_in1,        // Clock input 1
    input          reset,            // Reset
    input          select_in       // Clock selection
);
//----------------------------------------
//  Regs declare
//----------------------------------------
 
	reg   dff0a,dff0b;
	reg   dff1a,dff1b;
	 
	wire  clk_in0_inv = ~clk_in0;
	wire  clk_in1_inv = ~clk_in1;
 
//----------------------------------------
//  clk_in0 path
//----------------------------------------
 
// negedge of clk_in0
	always @(posedge clk_in0_inv or posedge reset)
	  if(reset)   
	  	dff0a <=  1'b1;
	  else      
	  	dff0a <=  !select_in & !dff1b;
	 
	always @(posedge clk_in0 or posedge reset)
	  if(reset)   
	  	dff0b <=  1'b1;
	  else      
	  	dff0b <=  dff0a;
	 
	wire  clk_in0_gate  = ~(~clk_in0 & dff0b);
 
//----------------------------------------
//  clk_in1 path
//----------------------------------------
// negedge of clk_in1
	always @(posedge clk_in1_inv or posedge reset)
	  if(reset)   
	  	dff1a <=  1'b0;
	  else      
	  	dff1a <=  select_in & !dff0b;
	 
	always @(posedge clk_in1 or posedge reset)
	  if(reset)   
	  	dff1b <=  1'b0;
	  else      
	  	dff1b <=  dff1a;
	 
	wire  clk_in1_gate  = ~(~clk_in1 & dff1b);
 
//-----------------------
//  clock mux out
//-----------------------
	assign  clk_out = clk_in0_gate & clk_in1_gate;
	 
endmodule

参考文档

【1】数字集成电路设计-1-用一个mux和一个inv实现异或

【2】数字IC设计笔试问题系列–1（50题）

【3】HDLBits 系列（10）（Mux256to1）多路选择器的固定思维，你别想太多！

【4】SOC设计——时钟切换的MUX设计 glitch free技术（一种防止毛刺产生的多路选择器设计）

最后

以上就是时尚铅笔为你收集整理的多路选择器MUX总结-IC学习笔记（八）的全部内容，希望文章能够帮你解决多路选择器MUX总结-IC学习笔记（八）所遇到的程序开发问题。

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