FPGA學習：分布式RAM和Block ram

以下分析基于xilinx 7系列

CLB是xilinx基本邏輯單元，每個CLB包含兩個slices，每個slices由4個（A，B，C，D）6輸入LUT和8個寄存器組成。

同一CLB中的兩片slices沒有直接的線路連接，分屬于兩個不同的列。每列擁有獨立的快速進位鏈資源。

slice分為兩種類型 SLICEL， SLICEM 。 SLICEL可用于產(chǎn)生邏輯，算術，ROM。 SLICEM除以上作用外還可配置成分布式RAM或32位的移位寄存器。每個CLB可包含兩個SLICEL或者一個SLICEL與一個SLICEM.

7系列的LUT包含6個輸入 A1 -A6 ， 兩個輸出 O5 ， O6 。

可配置成6輸入查找表，O6此時作為輸出。或者兩個5輸入的查找表，A1-A5作為輸入 A6拉高，O5，O6作為輸出。

一個LUT包含6個輸入，邏輯容量為2^6bit，為實現(xiàn)7輸入邏輯需要2^7容量，對于更多輸入也一樣。每個SLICES有4個LUT，256bit容量能夠?qū)崿F(xiàn)最多8bit輸入的邏輯。為了實現(xiàn)此功能，每個SLICES還包括3個MUX（多路選擇器）

F7AMUX 用于產(chǎn)生7輸入的邏輯功能，用于連接A，B兩個LUT

F7BMUX 用于產(chǎn)生7輸入的邏輯功能， 用于連接C，D兩個LUT

F8MUX 用于產(chǎn)生8輸入的邏輯功能， 用于連接4個LUT

對于大于8輸入的邏輯需要使用多個SLICES， 會增加邏輯實現(xiàn)的延時。

一個SLICES中的4個寄存器可以連接LUT或者MUX的輸出，或者被直接旁路不連接任何邏輯資源。寄存器的置位/復位端為高電平有效。只有CLK端能被設置為兩個極性，其他輸入若要改變電平需要插入邏輯資源。例如低電平復位需要額外的邏輯資源將rst端輸入取反。但設為上升/下降沿觸發(fā)寄存器不會帶來額外消耗。

分布式RAM

SLICEM可以配置成分布式RAM，一個SLICEM可以配置成以下容量的RAM

多bit的情況需要增加相應倍數(shù)的LUT進行并聯(lián)。

分布式RAM和 BLOCK RAM的選擇遵循以下方法：

1. 小于或等于64bit容量的的都用分布式實現(xiàn)

2. 深度在64~128之間的，若無額外的block可用分布式RAM。要求異步讀取就使用分布式RAM。數(shù)據(jù)寬度大于16時用block ram。

3. 分布式RAM有比block ram更好的時序性能。 分布式RAM在邏輯資源CLB中。而BLOCK RAM則在專門的存儲器列中，會產(chǎn)生較大的布線延遲，布局也受制約。

移位寄存器（SLICEM）

SLICEM中的LUT能在不使用觸發(fā)器的情況下設置成32bit的移位寄存器，4個LUT可級聯(lián)成128bit的移位寄存器。并且能夠進行SLICEM間的級聯(lián)形成更大規(guī)模的移位寄存器。

MUX

一個LUT可配置成4:1MUX.

兩個LUT可配置成最多8:1 MUX

四個LUT可配置成16個MUX

同樣可以通過連接多個SLICES達成更大規(guī)模設計，但是由于SLICE沒有直接連線，需要使用布線資源，會增加較大延遲。

進位鏈

每個SLICE有4bit的進位鏈。每bit都由一個進位MUX（MUXCY）和一個異或門組成，可在實現(xiàn)加法/減法器時生成進位邏輯。該MUXCY與XOR也可用于產(chǎn)生一般邏輯。