FPGA主要功能模块介绍(1)

每个模块的功能如下:

1. 可编程输入输出单元(IOB)

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,其示意结构如图2-4 所示。FPGA 内的I/O 按组分类,每组都能够独立地支持不同的I/O标准。通过软件的灵活配置,可适配不同的电气标准与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。目前,I/O 口的频率也越来越高,一些高端的FPGA 通过DDR 寄存器技术可以支持高达2Gbps 的数据速率。

 FPGA主要功能模块介绍(1)_设计制作_处理器/DSP

外部输入信号可以通过IOB 模块的存储单元输入到FPGA 的内部,也可以直接输入FPGA 内部。当外部输入信号经过IOB 模块的存储单元输入到FPGA 内部时,其保持时间(Hold TIme) 的要求可以降低,通常默认为0。为了便于管理和适应多种电器标准,FPGA 的IOB 被划分为若干个组(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bank 的VCCO 可以不同。只有相同电气标准的端口才能连接在一起,VCCO 电压相同是接口标准的基本条件。

2.可配置逻辑块(CLB)

CLB 是FPGA 内的基本逻辑单元。CLB 的实际数量和特性会依器件的不同而不同,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( 多路复用器等) 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便处理组合逻辑、移位寄存器或RAM。在赛灵思公司公司的FPGA 器件中,CLB 由多个( 一般为4 个或2 个) 相同的Slice 和附加逻辑构成,如图2-5 所示。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。


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Slice 是赛灵思公司公司定义的基本逻辑单位,其内部结构如图2-6 所示,一个Slice 由两个4 输入的函数、进位逻辑、算术逻辑、存储逻辑和函数复用器组成。


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算术逻辑包括一个异或门(XORG) 和一个专用与门(MULTAND),一个异或门可以使一个Slice 实现2bit 全加操作,专用与门用于提高乘法器的效率;进位逻辑由专用进位信号和函数复用器(MUXC) 组成,用于实现快速的算术加减法操作;4 输入函数发生器用于实现4 输入LUT、分布式RAM 或16 比特移位寄存器(Virtex-5 系列芯片的Slice 中的两个输入函数为6 输入,可以实现6 输入LUT 或64 比特移位寄存器) ;进位逻辑包括两条快速进位链,用于提高CLB 模块的处理速度。

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