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2024-09-05 16:07本頁(yè)面
【正文】 復(fù)用器結(jié)構(gòu)都需要三個(gè) 4LUT。本節(jié)闡述如何實(shí)現(xiàn)只需要兩個(gè)4LUT 的 4:1 復(fù)用器。 4:1 復(fù)用器由兩個(gè)鏈接在一起的 4LUT（陰影框所示）構(gòu)成。如白框所示，復(fù)用器含有四個(gè)輸入 —— a、 b、 c 和 d，以及兩個(gè)控制輸入 —— S0 和 S1。 圖 6 是控制輸入 S0 高電平時(shí) ， 一個(gè)有效的 4:1 復(fù)用器是如何工作的。 第 3 節(jié)描述的壓縮算法采用這種有效的 4:1 復(fù)用器，重新實(shí)現(xiàn)復(fù)用器結(jié)構(gòu)，達(dá)到了減小面積的目的。復(fù)用器重構(gòu)算法的面積節(jié)省由壓縮實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，由于附加邏輯結(jié)構(gòu)抵消了使用高效復(fù)用器結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，這種轉(zhuǎn)換很少能夠產(chǎn)生真正的 中國(guó)最龐大的下資料庫(kù) (整理 . 版權(quán)歸原作者所有 ) 中國(guó)最龐大的下資料庫(kù) (整理 . 版權(quán)歸原作者所有 ) 面積節(jié)省。 圖 7 顯示了如何將三個(gè) 2:1復(fù)用器組成的優(yōu)先級(jí)鏈轉(zhuǎn)換為一個(gè) 4:1 二進(jìn)制復(fù)用器。如果最初的復(fù)用器至少占用三個(gè) 4LUT，而 4:1 復(fù)用器只需要兩個(gè)即可實(shí)現(xiàn)，那么這種轉(zhuǎn)換將節(jié)省 3 寬度或者更寬總線(xiàn)的面積。在這種情況下，通過(guò)仔細(xì)為 4:1 復(fù)用器選擇編碼方式，使 S0 在（ A、 B）和（ C、 D）之間進(jìn)行 選擇，限制附加控制邏輯，只加入最多一個(gè) 4LUT。 一般來(lái)講，任何的三個(gè) 2:1 復(fù)用器組都可以通過(guò)圖 7 或圖 8 的方式轉(zhuǎn)換為一個(gè) 4:1復(fù)用器。 總線(xiàn)上 2:1 復(fù)用器三聯(lián)重新編碼是 復(fù)用器重構(gòu)算法的核心。 4. 復(fù)用器總線(xiàn) 中國(guó)最龐大的下資料庫(kù) (整理 . 版權(quán)歸原作者所有 ) 中國(guó)最龐大的下資料庫(kù) (整理 . 版權(quán)歸原作者所有 ) “庫(kù)”的構(gòu)造 壓縮減小了其所編碼的每一個(gè) 2:1 復(fù)用器三聯(lián)面積，因此，壓縮應(yīng)用在較大的復(fù)用器樹(shù)上最有效。設(shè)計(jì)中所有的總線(xiàn)都將被存儲(chǔ)在一種稱(chēng)為“庫(kù)”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。設(shè)計(jì)中所有 2:1 復(fù)用器以反向深度順序排列。然后從頭至尾掃描列表，尋找每一個(gè) 2:1 復(fù)用器，如果其輸出僅與另一個(gè) 2:1 復(fù)用器相 連，則將該復(fù)用器和與其相連的復(fù)用器一起加到復(fù)用器樹(shù)中。以此方式來(lái)構(gòu)建的復(fù)用器樹(shù)含有最大數(shù)量的復(fù)用器。 一旦所有的復(fù)用器樹(shù)已經(jīng)形成，則將其合并成總線(xiàn)。這可以通過(guò)根據(jù)復(fù)用器結(jié)構(gòu)，對(duì)所有復(fù)用器樹(shù)列表排序來(lái)實(shí)現(xiàn)，在列表中將結(jié)構(gòu)相同的 樹(shù)靠近排列。 通過(guò)規(guī)則選取來(lái)實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)寬度最大化。 重構(gòu) 均衡 節(jié)描述均衡方法，該方法能夠使壓縮 得到的面積減小最大化 。 通過(guò) 2:1 復(fù)用器所饋入的一個(gè) 2:1 復(fù)用器，重構(gòu)移動(dòng)該復(fù)用器及其一個(gè)輸入。為保持原始復(fù)用器總線(xiàn)的功能，需要附加一些控制邏輯。 圖 9 中，重新編碼邏輯 (c6 AND (NOT c3))必須確保當(dāng) c c3 為“假”而 c6 為“真”時(shí)，選擇輸入“ f”（與轉(zhuǎn)換前的情況一致）。 中國(guó)最龐大的下資料庫(kù) (整理 . 版權(quán)歸原作者所有 ) 中國(guó)最龐大的下資料庫(kù) (整理 . 版權(quán)歸原作者所有 ) 重構(gòu)轉(zhuǎn)換將選中的復(fù)用器進(jìn)一步向復(fù)用器樹(shù)頂端移動(dòng)。 均衡 壓縮通過(guò)轉(zhuǎn)換 2:1 復(fù)用器三聯(lián)，能夠減少實(shí)現(xiàn)復(fù)用器總線(xiàn)所需的 4LUT 數(shù)量。例如，無(wú)法將圖 10 中所有的 2:1 復(fù)用器進(jìn)行分組，這是因?yàn)槊恳环N可能的分組都將會(huì)剩余一個(gè) 2:1 復(fù)用器而無(wú)法處理。對(duì)于 圖 10 的例子，可以采用圖 11 所示的方法，得到兩組 2:1 復(fù)用器三聯(lián)。由首復(fù)用器開(kāi)始，算法首先均衡復(fù)用器樹(shù)左面和右面數(shù)據(jù)輸入。均衡確保形成盡可能多的三聯(lián)，這樣只會(huì)剩余一個(gè)或者兩個(gè) 2:1 復(fù)用器，甚至沒(méi)有剩余。 // Count this mux num_muxes += Balance(m。 num_muxes += Balance(m。 if (num_muxes = 3) { if (num_muxes == 4) { Apply transformation shown in Figure 13。 } num_muxes = num_muxes – 3。 } else { return 0。 1 或 2 個(gè)復(fù)用器不會(huì)形成更多的三聯(lián)，而 3 個(gè)復(fù)用器總是能夠形成三聯(lián)。 5. 算法總結(jié) 中國(guó)最龐大的下資料庫(kù) (整理 . 版權(quán)歸原作者所有 ) 中國(guó)最龐大的下資料庫(kù) (整理 . 版權(quán)歸原作者所有 ) 本文引入了復(fù)用器樹(shù)總線(xiàn)概念，描述了可用來(lái)提高壓縮性能的均衡 方法，壓縮以效率更高的 4:1 復(fù)用器來(lái)替代 2:1 復(fù)用器三聯(lián)。 Convert_ Multiplexers_to_2:1s ( ) Form_Multiplexer_Trees( ) Merge_Multiplexer_Trees_into_Busses( ) Foreach bus { Balance(bus) // (Minimally rearrange 2:1 into triples) Compress(bus) // (Convert 2:1 triples into efficient 4:1’s) } 圖 15: 復(fù)用器重構(gòu)算法 復(fù)用器重構(gòu)算法性能依賴(lài)于對(duì)較大復(fù)用器樹(shù)總線(xiàn)的識(shí)別。優(yōu)化會(huì)減小復(fù)用器樹(shù)間的相似性，從而減小所尋找的總線(xiàn)寬度，因此在復(fù)用器重構(gòu)之前，應(yīng)盡量避免優(yōu)化。設(shè)計(jì)中所有 2:1 復(fù)用器都用于形成 節(jié)所描述的復(fù)用器樹(shù)。 算法的主要部分依次優(yōu)化每一個(gè)總線(xiàn)。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 中國(guó)最龐大的下資料庫(kù) (整理 . 版權(quán)歸原作者所有 ) 中國(guó)最龐大的下資料庫(kù) (整理 . 版權(quán)歸原作者所有 ) 結(jié)果表明，一些設(shè)計(jì)所需的 LUT 數(shù)量減小了 20%，超過(guò) 40%的設(shè)計(jì)面積減小了5%以上。 據(jù)估算，約有 25%的 LUT 被用于實(shí)現(xiàn)復(fù)用器，而復(fù)用器重構(gòu)僅能優(yōu)化這 25%，因此平均 %意味著復(fù)用器平均減少了 17%。 7. 結(jié)論 本文闡述了復(fù)用器重構(gòu)算法，該算法能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)復(fù)用器 所需的 4LUT 數(shù)量平均減少 17%。既使附加了控制邏輯，新優(yōu)化算法仍能夠減小總線(xiàn)上每個(gè)比特位的面積。 壓縮將 2:1 復(fù)用器三聯(lián)轉(zhuǎn)換為有效的 4:1 復(fù)用器。此外 ，通過(guò) 構(gòu)建最大的復(fù)用器樹(shù)，可對(duì)大量的 2:1 復(fù)用器三聯(lián)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。均衡簡(jiǎn)單修改復(fù)用器結(jié)構(gòu)，將壓縮能夠重新編碼的三聯(lián)數(shù) 量最大化。新的 FPGA 體系結(jié)構(gòu)可使用不同大小的查找表（如 Stratix II 體系結(jié)構(gòu)能夠采用 中國(guó)最龐大的下資料庫(kù) (整理 . 版權(quán)歸原作者所有 ) 中國(guó)最龐大的下資料庫(kù) (整理 . 版權(quán)歸原作者所有 ) 6 輸入 LUT）。這正是當(dāng)前研究的主題。 Hardware Description Language. IEEE Computer Society. IEEE Std 13642020.
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