FPGA內(nèi)部可編程邏輯CLB資源分析

一. 概述

這里以7系列的FPGA為例，先從整體上去了解一下FPGA內(nèi)部可編程邏輯資源的結(jié)構(gòu)。了解FPGA器件的內(nèi)部資源與結(jié)構(gòu)有利于我們優(yōu)化設(shè)計(jì)與評(píng)估設(shè)計(jì)資源。

現(xiàn)在的FPGA里面有很多存儲(chǔ)資源，DSP（數(shù)字信號(hào)處理）資源，布線通道，I/O資源，當(dāng)然最根本的還是CLB（Configurable Logic Block）。Xilinx的資源分布采用ASMBL架構(gòu)。下圖是一個(gè)抽象的結(jié)構(gòu)圖，相同資源以列方式排布。這篇文章主要講解CLB資源。

二. CLB資源介紹

CLB資源的分布以縱向相連，如下圖所示。每個(gè)CLB由兩個(gè)Slice組成。同一個(gè)CLB里面的兩個(gè)Slice之間沒有互連線。

每個(gè)Slice里面有4個(gè)6輸入的LUT（look-up tables(查找表)）和8個(gè)存儲(chǔ)單元（Storage）以及進(jìn)位邏輯（Carry Logic）和多路選擇器（Multiplexers）。同時(shí)Slice有兩種。

普通的Slice叫SLICEL，電路結(jié)構(gòu)如下，最左邊一列就是4個(gè)LUT，第二列為Carry Logic，以及紅色框框出來的存器單元。

第二種Slice叫SLICEM，電路結(jié)構(gòu)如下。除了LUTS與SLICEL的LUTS不同之外，其余結(jié)構(gòu)都一樣。這就是SLICEM與SLICEL之間的區(qū)別，利用SLICEM的LUTS還可以構(gòu)成RAM，ROM，以及Shift Registers(移位寄存器)。

一個(gè)CLB里面含有一個(gè)SLICEM和SLICEL或者含有兩個(gè)SLICEL。

Slice就是通過LUTS以及Carry Logic和Multiplexers之間的互連來形成組合邏輯，再通過Storage elements構(gòu)成寄存器以形成時(shí)序邏輯。

同時(shí)借助SLICEM的LUTS，還可以構(gòu)成RAM，ROM，Shift Registers資源。

下表是一個(gè)CLB可以擁有的資源數(shù)以及可以形成大小為多少的RAM與Shift Registers。我們可以借助這些信息去評(píng)估設(shè)計(jì)需要多少資源和選擇什么型號(hào)的FPGA器件。