「精品博文」FPGA内部基本结构_可编程_单位

文章目录 [+]

有多难？

戳一下试试看！

「精品博文」FPGA内部基本结构_可编程_单位「精品博文」FPGA内部基本结构_可编程_单位通讯

→_→

（图片来自网络侵删）

长摁识别

【主题】：FPGA内部基本构造

【作者】：LinCoding

【韶光】：2016.12.13

总结自《Altera FPGA/CPLD设计根本篇》第二版。

FPGA的基本构造：

FPGA的基本组成有：可编程I\O单元、基本可编程逻辑单元、内嵌RAM块、丰富的布线资源、底层嵌入功能单元和内嵌专用硬核等。

1、可编程I\O单元：

可编程I\O单元通过软件可适配不同的电气标准与物理特性。

2、基本可编程逻辑单元：

基本可编程逻辑单元是FPGA可编程逻辑的主体。
FPGA一样平常是基于SRAM工艺。
其基本可编程逻辑单元险些都是由查找表（LUT，Look Up Table）和寄存器（Register）组成。
FPGA内部的LUT一样平常为4输入，紧张完成纯组合逻辑功能。
而内部寄存器构造相称灵巧，可配置为携同步、异步复位或置位、时钟使能的触发器（FF，Flip Flop），也可配置为锁存器（Latch）。
FPGA一样平常依赖寄存器完成同步时序逻辑设计。

比较经典的基本可编程逻辑单元的配置是一个寄存器和一个查找表。
但不同厂商的寄存器和查找表的内部构造有一定差异，而且寄存器和查找表的组合模式也不同。

（1）Alerta的可编程逻辑单元常日被称为LE（Logic Element，逻辑单元），由一个Register和一个LUT组成。
而Altera的大多数FPGA又将10个LE有机组合起来，构成更大的逻辑功能单元——逻辑阵列模块（LAB，Logic Array Block），LAB中除了LE还包含LE间的进位链、LAB掌握旗子暗记、局部互连线资源、LUT级联链、寄存器级联链等连线和掌握资源。

（2）Xilinx的可编程逻辑单元被称为Slice，由高下两部分组成。
每部分都由一个Register和一个LUT组成，被称为LC（Logic Cell，逻辑单元），两个LC间有一些共用逻辑。
可以完成LC之间的合营与级联。

（3）Lattice的可编程逻辑单元叫PFU（Programmable Function Unit，可编程功能单元），由8个LUT和8—9个Register组成。

一样平常利用器件的Register和LUT的数量衡量器件的规模比较准确。

3、内嵌RAM块：

FPGA的内嵌RAM块可以灵巧配置为单端口RAM（SPRAM，Single Port RAM）,双端口RAM（DPRAM，Double Port RAM），伪双端口RAM（Pseudo DPRAM），CAM（Content Addressable Memory），FIFO（First Input First Output）等常用存储器构造。

FPGA中没有专用的ROM硬件资源，实现ROM的思路是对RAM授予初值，并保持该初值。

CAM，即内容地址存储器。
CAM这种存储器在其每个存储单元都包含了一个内嵌的比较逻辑，写入CAM的数据会和其内部存储的每一个数据进行比较，并返回与端口相同的所有内部数据的地址。

总之，RAM是一种根据地址读、写数据的存储单元，而CAM返回的是与端口数据相匹配的内部地址。

FPGA内部实现RAM、ROM、CAM、FIFO等存储构造是基于内嵌RAM块的，并根据需求自动天生相应的粘合逻辑（Glue Logic）以完成地址和片选等掌握逻辑。

Xilinx常见的RAM块大小是4Kbit和18Kbit两种构造，Lattice常用的RAM块大小是9Kbit，Altera的RAM块最为灵巧，一些高端器件内部同时含有两种RAM块构造，分别是M9K RAM（9Kbit），M-144K（144Kbit）。

除了RAM外，Altera、Xilinx和Lattice的FPGA还可以灵巧的将LUT配置成RAM、ROM、FIFO等存储构造，这种技能被称为分布式RAM（Distributed RAM）。

4、丰富的布线资源

布线资源连通FPGA内部所有单元，连线的长度和工艺决定了旗子暗记在连线上的驱动能力和传输速率。
有以下三种布线资源可供给用。

（1）全局性的专用布线资源：用来完成器件内部的全局时钟和全局复位\置位的布线。

（2）长线资源：完成器件Bank间的一些高速旗子暗记和一些第二全局时钟旗子暗记的布线。

（3）短线资源：完成基本逻辑单元之间的逻辑互联和布线。

（4）在基本逻辑单元内部还存在各式各样的布线资源和专用时钟、复位等掌握旗子暗记线。