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FPGA的宏单元问题

FPGA一般依赖寄存器完成同步时序逻辑设计,一般来说,比较经典的基本可编辑单元的配置是一个寄存器加一个查找表,但是不同厂商的寄存器和查找表的内部结构有一定的差异,而且寄存器和查找表的组合模式也不同。例如:Altera 可编程逻辑单元通常被称为LE(Logic Element,逻辑单元),有一个Register加一个LUT构成。Altera大多数FPGA将10个LE有机地组合起来,构成更大功能单元--逻辑阵列模块(LAB,Logic Array Block),LAB中出了LE还包含LE间的进位链、LAB控制信号、局部互联线资源、LUT级联链、寄存器级联链等连线与控制资源。Xilinx可编程逻辑单元叫Slice,它是由上下两个部分构成,每个部分都由一个Register加一个LUT组成,被称为LC(Logic Cell,逻辑单元),两个LC之间有一些公用逻辑,可以完成LC之间的配合与级联,Lattice的底层逻辑单元叫PFU(Programmalbe Function Unit,可编程功能单元),它由8个LUT和8~9个Register构成。当然这些可编程单元的配置结构随着器件的发展也在不断更新,最新的一些可编程逻辑器件常常根据设计需求推出一些新的LUT和Register的配置比率,并优化其内部的连接构造。
学习底层配置单元的 LUT和Rtgister比率的一个重要意义在于器件选型和规模估算,很多器件手册上用期间的 ASIC门级或等效的系统门级表示器件的规模。但是由于目前FPGA内部出了基本可编程逻辑单元外,还包含有丰富的嵌入式RAM,PLL或DLL,专用Hard IP Core(硬知识产权功能核)等。这些功能模块也会等效出一定规模的系统门,所以用系统门权衡基本可编程逻辑单元的数量是不准确的,常常混淆设计者。比较简单科学的方法是用器件的Register和LUT的数量衡量(一般来说两者比率为1:1)例如:Xilinx的Apartan-III系列的XC3S1000有15360个LUT,而Lattice的EC系列LEFC15E也有15360个LUT,所以这两款FPGA的可编程逻辑单元数量基本相当,属于同一规模的产品。同样道理,Altera的Cyclone器件族的EP1C12的LUT数量是12060个,就比前面提到的两款FPGA规模略小。需要说明的是,器件选型是一个综合性问题,需要将设计的需求、成本压力、规模、速度等级、时钟资源、I/O特性、封装、专用功能模块等诸多因素综合考虑。
学习底层配置单元的 LUT和Rtgister比率的一个重要意义在于器件选型和规模估算,很多器件手册上用期间的 ASIC门级或等效的系统门级表示器件的规模。但是由于目前FPGA内部出了基本可编程逻辑单元外,还包含有丰富的嵌入式RAM,PLL或DLL,专用Hard IP Core(硬知识产权功能核)等。这些功能模块也会等效出一定规模的系统门,所以用系统门权衡基本可编程逻辑单元的数量是不准确的,常常混淆设计者。比较简单科学的方法是用器件的Register和LUT的数量衡量(一般来说两者比率为1:1)例如:Xilinx的Apartan-III系列的XC3S1000有15360个LUT,而Lattice的EC系列LEFC15E也有15360个LUT,所以这两款FPGA的可编程逻辑单元数量基本相当,属于同一规模的产品。同样道理,Altera的Cyclone器件族的EP1C12的LUT数量是12060个,就比前面提到的两款FPGA规模略小。需要说明的是,器件选型是一个综合性问题,需要将设计的需求、成本压力、规模、速度等级、时钟资源、I/O特性、封装、专用功能模块等诸多因素综合考虑。
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