資料介紹
結合Xilinx、Altera 等公司的FPGA 芯片,簡要羅列一下FPGA 內部的資源或專用模塊,并簡要說明這些資源的一些作用或用途。(至少列出5 項,越多越好)
1. 可編程輸入輸出單元(IOB)
可編程輸入/輸出單元簡稱I/O 單元,是芯片與外界電路的接口部分,完成不同電氣特性下對輸入/輸出信號的驅動與匹配要求,其示意結構如圖1-2 所示。PGA 內的I/O 按組分類,每組都能夠獨立地支持不同的I/O 標準。通過軟件的靈活配置,可適配不同的電氣標準與I/O 物理特性,可以調整驅動電流的大小,可以改變上、下拉電阻。目前,I/O 口的頻率也越來越高,一些高端的FPGA 通過DDR 寄存器技術可以支持高達2Gbps 的數據速率。
外部輸入信號可以通過 IOB 模塊的存儲單元輸入到FPGA 的內部,也可以直接輸入FPGA 內部。當外部輸入信號經過IOB 模塊的存儲單元輸入到FPGA 內部時,其保持時間(Hold Time)的要求可以降低,通常默認為0。為了便于管理和適應多種電器FPGA 的IOB 被劃分為若干個組(bank),每個bank 的接口標準由其接口電壓VCCO 決定,一個bank 只能有一種VCCO,但不同bank 的VCCO 可以不同。只有相同電氣標準的端口才能連接在一起,VCCO 電壓相同是接口標準的基本條件。
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2. 可配置邏輯塊(CLB)
CLB是FPGA(xilinx)內的基本邏輯單元,CLB的實際數量和特性會因為器件的不同而不同,但是每個CLB都包含一個可配置開關矩陣,此矩陣由4或6個輸入、一些選型電路(MUX)和觸發器組成。開關矩陣是高度靈活的,可以對其進行配置以組成組合邏輯、移位寄存器或RAM。
在Xilinx公司的FPGA器件中,CLB有多個相同的Slice和附加邏輯組成,每個CLB模塊不僅可以用于實現組合邏輯、時序邏輯,還可以配置為分布式RAM和分布式ROM。而在ALTERA公司的FPGA器件中LE(logic elements)是描述內部邏輯的基本單元,比如cyclone IV 系列的LE由一個4輸入LUT+FF構成。
Slice是Xilinx公司定義的基本邏輯單位,一個Slice由兩個4輸入的函數發生器(LUT)、進位邏輯、算數邏輯、存儲邏輯和函數復用器組成。
而在ALTERA公司的FPGA器件中LE(logic elements)賽靈思 LC 是描述內部邏輯的基本單元,比如cyclone IV 系列的LE由一個4輸入LUT+FF構成。
業內大多數 FPGA 均提供數字時鐘管理(Xilinx 的全部FPGA 均具有這種特性)。Xilinx 推出最先進的FPGA 提供數字時鐘管理和相位環路鎖定。相位環鎖定能夠提供精確的時鐘綜合,且能夠降低抖動,并實現過濾功能。
4. 嵌入式塊 RAM(BRAM)
大多數 FPGA 都具有內嵌的塊RAM,這大大拓展了FPGA 的應用范圍和靈活性。塊RAM 可被配置為單端口RAM、雙端口RAM、內容地址存儲器(CAM)以及FIFO 等常用存儲結構。可以根據需要改變其位寬和深度,但要滿足兩個原則:首先,修改后的容量(位寬深度)不能大于 18k 比特;其次,位寬最大不能超過36 比特。當然,可以將多片塊RAM 級聯起來形成更大的RAM,此時只受限于芯片內塊RAM 的數量,而不再受上面兩條原則約束。
FPGA芯片內有兩種存儲器資源:一種叫block ram,另一種是由LUT配置成的內部存儲器(也就是分布式ram)。Block ram由一定數量固定大小的存儲塊構成的,使用BLOCK RAM資源不占用額外的邏輯資源,并且速度快。但是使用的時候消耗的BLOCK RAM資源是其塊大小的整數倍。
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