FPGA结构及工作原理

现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array)是基于查找表(Look Up Table, LUT)结构的,由于LUT主要适合于SRAM工艺生产,所以大部分FPGA都是基于SRAM工艺的。

FPGA基本结构

FPGA的基本结构是由可配置逻辑块(CLB, Configurable Logic Block)、可编程输入/输出块(IOB, Input/Output Block)、可编程互连(PI, Programmable Interconnect)组成的。整个芯片的逻辑功能是通过对芯片内部的SRAM编程实现的。

FPGA结构及工作原理_第1张图片

1. 可配置逻辑块(CLB)

CLB是FPGA实现各种逻辑功能的基本单元,主要由快速进位逻辑、逻辑函数发生器(查找表)、D触发器、可编程数据选择器及控制电路组成。

逻辑函数发生器:在本质上就是一个2^n*1位的RAM。其工作原理是将n个输入变量作为SRAM的地址,把2^n个函数值储存到SRAM单元中。对于任意的n位输入变量构成的地址,RAM都对应唯一确定的函数输出,通常将这种结构成为查找表结构。每输入一个信号进行运算,就等于输入一个地址进行查表,找出地址对应的内容然后输出即可。将一个组合逻辑的真值表填入RAM,则该RAM便具有了按照这个组合逻辑函数进行计算的能力。总而言之,逻辑函数发生器负责构成组合逻辑电路。

触发器:与逻辑函数发生器结合可以组成时序逻辑电路。

快速进位逻辑:配置在逻辑函数发生器之前的带进位输入和进位输出的加法器。

2. 可编程输入/输出块(IOB)

IOB是芯片外部引脚和内部逻辑之间的接口,每个引脚都由一个IOB控制,可以被任意配置成输入、输出、双向模式。

3. 可编程互连(PI)

可编程互连资源分布在CLB和IOB之间,由多种不同长度的金属线通过可编程开关矩阵(PSM)相互连接。

 

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