摘要：Virtex 型FPGA 芯片是Xilinx 公司芯片系列中的一種，Virtex 系列的數(shù)據(jù)流及配置邏輯與XC4000 的數(shù)據(jù)流及配置邏輯有顯著不同，但卻與Xilinx 的FPGA 家族保持了很大的兼容性。這里詳細(xì)介紹了Virtex 系列FPGA 芯片的數(shù)據(jù)流大小及結(jié)構(gòu)。

1 引言

Virtex 支持一些新的非常強(qiáng)大的配置模式，包括部分重新配置，這種配置機(jī)制被設(shè)計到高級應(yīng)用中，以便通過芯片的配置接口能夠訪問及操作片內(nèi)數(shù)據(jù)。但想要配置芯片，對它的數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)的了解是必不可少的。在這里對Virtex 系列的數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一個概述，講述每一個bit 在數(shù)據(jù)流中的位置，這對訪問及改變片內(nèi)數(shù)據(jù)是很重要的。

Virtex 系列的數(shù)據(jù)流可以看作是整塊芯片的地址與數(shù)據(jù)所確定的點的集合，豎直方向為地址，水平
方向為數(shù)據(jù)，通過這個二維坐標(biāo)所確定的點的集合便構(gòu)成了整塊芯片的數(shù)據(jù)流。而整塊芯片的地址空間又被分為兩種不同的塊類型，一類是CLB 塊類型，另一類是RAM 塊類型。每一塊類型地址中，又被分別分成若干的幀及相關(guān)的主地址、附地址等，在下面將具體講述這些內(nèi)容。

2 幀、塊類型、主地址、附地址

2． 1 幀

Virtex 配置內(nèi)存能以位的陣列形式顯示。這里涉及到“幀”的概念，幀是配置的基本單元，它由位組成，寬度等于一位寬，長度等于芯片陣列的最頂端到最底端。幀是能從配置內(nèi)存中讀或?qū)懙淖钚〔糠帧?/p>

幀被組織成大一些的單元，稱為列。在Virtex，Virtex － E 和Virtex － Eextended 內(nèi)存器件中，有不同類型的列。如表1 所示。

每個Virtex 器件包含一個中心列，在中心列中包括全局時鐘端口的配置; 兩個IOB 列， IOB 列描述
了器件位于左邊和右邊所有IOB 的配置; 最多的列是CLB 列，CLB 列中包含這列的CLB 以及在這列CLB 的上面及下面所對應(yīng)的IOB 的配置; 剩下兩列類型為RAM 列: 一個為塊RAM 內(nèi)容列，另一個為塊RAM 互聯(lián)列。

2． 2 塊類型、主地址、附地址

所有的地址空間被分成兩種塊類型: RAM 塊類型和CLB 塊類型。RAM 塊類型只包含塊SelectRAM內(nèi)容列( 不包含互聯(lián)) 。CLB 塊類型包含所有其它列類型。

RAM 地址和CLB 地址又細(xì)分為主地址和附地址。每個配置列在RAM 或CLB 地址空間有一個唯一的主地址，每個配置幀在它的列中有一個唯一的附地址。

Virtex，Virtex － E 和Virtex － E extended memory器件的塊類型和附地址有相同的編碼順序。不同系列器件的主地址編碼順序是不同的。但是在這兩種系列中，都是偶地址在器件的左半邊，奇地址在器件的右半邊。CLB 地址空間以“0”開始于中間列，然后交替于器件的右半邊和左半邊，然后是IOB 列，最后是塊SelectRAM 互聯(lián)列。RAM 地址空間的“0”為左邊塊SelectRAM 內(nèi)容列，“1”為右邊塊SelectRAM 內(nèi)容列。如表2 為XCV50 的幀位置分配，最下一行為主地址。

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3 幀大小及結(jié)構(gòu)

3． 1 幀大小

幀的大小取決于器件的行數(shù)。一幀的配置位的數(shù)目等于18X( # CLB_rows + 2) 加填充字。為流水作業(yè)，填充字被加在每一幀的未尾，以0 為填充位，使每一幀的配置位數(shù)目都是32 的整數(shù)倍。如表3顯示了幾種Virtex 器件的幀大小。同時這個表也顯示了CLB 地址空間的位流大小以及每個RAM 塊的字?jǐn)?shù)。

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3． 2 幀結(jié)構(gòu)

3． 2． 1 CLB 幀結(jié)構(gòu)
在器件中，每一幀坐落在豎直方向，表4 為CLB幀的結(jié)構(gòu)，幀的前面為上端( 幀里面bit 的順序為由上到下) 。對于CLB 列，第一個18 bit 控制上端的兩個IOB，接下來的18bit 分配每一行的CLB; 最后的18bit 控制最下面的兩個IOB，最后幀中加入了足夠多的填充位“0”使之成為32 位的整數(shù)倍。

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3． 2． 2 IOB 幀結(jié)構(gòu)
對于芯片兩邊的IOB 幀，每三個IOB 分配18bits，最后加入填充位“0”使之成為32 的整數(shù)倍。如表5 所示。

3． 2． 3 RAM 幀結(jié)構(gòu)
對于塊SelectRAM 內(nèi)容幀，如表6 所示，第一個18bits 是PAD 位，然后72bits 分配為每一RAM 行;最后的18bits 為PAD 位，幀中加入了足夠多的填充位使之成為32 位的整數(shù)倍。

4 具體實例

例XCV300 芯片，陣列大小為32X48，在生成的． bin文件中，共有51， 975 個32 位字， 2475 個CLB 幀。

5 結(jié)束語

Virtex 芯片中，數(shù)據(jù)流是由幀構(gòu)成的，數(shù)據(jù)流的大小取決于芯片的陣列大小，數(shù)據(jù)流中每一幀的最后用填充位“0”使之成為32 位字的整數(shù)倍，再把所有的幀按主地址順序連接起來，這樣就構(gòu)成了完整的Virtex 數(shù)據(jù)流。了解幀結(jié)構(gòu)及幀內(nèi)的每個bit 位，對于回讀芯片配置或重新配置數(shù)據(jù)流有重要意義。