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本帖最后由 uperrua 于 2019-5-9 10:35 编辑 f- Q* z0 p. o8 h0 I
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主流的FPGA仍是基于查找表技术的,并且整合了常用功能(如RAM、DCM和DSP)的硬核(ASIC型)模块,如下图所示FPGA的结构主要包括:
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可编程输入输出单元(IOB)" S7 n5 k6 ]: p" j$ M) W3 g5 V
可编程输入/输出单元简称I/O单元,是芯片与外界电路的接口部分,完成不同电气特性下对输入/输出信号的驱动与匹配要求。FPGA内的I/O按组分类,每组都能狗独立地支持不同的I/O标准。通过软件的灵活配置,可是配不通电气标准与I/O物理特性,可以调整驱动电流的大小,可以改变上、下拉电阻。I/O口的频率也越来越高- F% R! F$ W' _. T
为了便于管理和适应多种电气标准,FPGA的IOB被划分为若干组(bank),每个bank的接口标准由其接口电压VCCO决定,一个bank只能有一种VCCO,但不同的bank可以有不同的VCCO,只有相同电气标准的接口才能连接在一起。
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可配置逻辑块(CLB)& a c' X. e# f
CLB是FPGA(xilinx)内的基本逻辑单元,CLB的实际数量和特性会因为器件的不同而不同,但是每个CLB都包含一个可配置开关矩阵,此矩阵由4或6个输入、一些选型电路(MUX)和触发器组成。开关矩阵是高度灵活的,可以对其进行配置以组成组合逻辑、移位寄存器或RAM。
: E( ]% ?% w, ]/ X 在Xilinx公司的FPGA器件中,CLB有多个相同的Slice和附加逻辑组成,每个CLB模块不仅可以用于实现组合逻辑、时序逻辑,还可以配置为分布式RAM和分布式ROM。 . q; ]0 t7 a% [ I* O/ H) i* X) X. C
而在ALTERA公司的FPGA器件中LE(logic elements)是描述内部逻辑的基本单元,比如cyclone IV 系列的LE由一个4输入LUT+可编程的寄存器 构成。; Z' T1 t3 c" A( i
Slice是Xilinx公司定义的基本逻辑单位,一个Slice由两个4输入的函数发生器(LUT)、进位逻辑、算数逻辑、存储逻辑和函数复用器组成。
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丰富的布线资源( b9 V; V& Q0 t+ \7 o
布线资源连通FPGA内部所有单元,而连线长度和工艺决定着信号在连线上的驱动能力和传输速度。FPGA芯片内部有着丰富的不限资源,根据工艺、长度、宽度和分布位置而划分为4类不同的类别。第一类是全局布线资源,用于芯片内部全局时钟和全局复位/置位的布线;二、长线资源,用以完成芯片bank之间的高速信号和第二全局时钟信号的布线;三、是短线资源,用于完成基本逻辑单元之间的逻辑链接和布线;四、分布式的布线资源,用于专有时钟、复位等控制信号线。5 @4 l! Z; c, {, ~
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嵌入式块RAM(BRAM)8 i, k6 [, ?8 l
BRAM有很高的灵活性,可以被配置位单端口RAM、双端口RAM、内容地址存储器(CAM)以及FIFO等常用存储结构。在实际应用中,芯片内部BRAM数量是芯片选型的一个重要因素。
5 l+ K; H1 ~8 b( X3 X+ tps:FPGA芯片内有两种存储器资源:一种叫block ram,另一种是由LUT配置成的内部存储器(也就是分布式ram)。Block ram由一定数量固定大小的存储块构成的,使用BLOCK RAM资源不占用额外的逻辑资源,并且速度快。但是使用的时候消耗的BLOCK RAM资源是其块大小的整数倍。$ E0 _5 I; y- w; v- v" |! v
7 R; N- c ^. L( r# E底层内嵌功能单元
% K2 m. @2 @/ [! i 内嵌功能模块主要是指DLL(Delay Locked Loop)、PLL(Phase Locked Loop)、DSP和CPU等软处理核
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