FPGA的基本内部结构是什么

FPGA的基本组件是: 可编程I / O单元，基本可编程逻辑单元，嵌入式RAM块，丰富的布线资源，底层嵌入式功能单元和嵌入式专用硬核等.

1. 可编程的I \ O单元:

可编程I / O单元可以通过软件适应不同的电气标准和物理特性.

2. 基本的可编程逻辑单元:

基本的可编程逻辑单元是FPGA可编程逻辑的主体. FPGA通常基于SRAM技术. 基本的可编程逻辑单元几乎由一个查找表（LUT，LookUpTable）和一个寄存器（Register）组成. FPGA内部的LUT通常有4个输入，主要用于完成纯组合逻辑功能. 内部寄存器结构非常灵活，可以配置为具有同步，异步复位或设置，时钟使能的触发器（FF，FlipFlop）或锁存器（Latch）. FPGA通常依靠寄存器来完成同步顺序逻辑设计.

经典的基本可编程逻辑单元的配置是一个寄存器和一个查找表. 但是，不同厂商的寄存器和查询表的内部结构不同，寄存器和查询表的组合方式也不同.

（1）Alerta的可编程逻辑单元通常称为LE（LogicElement，逻辑单元），它由一个寄存器和一个LUT组成. 大多数Altera FPGA将10个LE结合在一起以形成更大的逻辑功能单元-逻辑阵列模块（LAB，LogicArrayBlock）. 除了LE之外，LAB还包含LE之间的进位链，LAB控制信号以及本地Wire和控制资源，例如互连线路资源，LUT级联链和寄存器级联链.

（2）Xilinx的可编程逻辑单元称为Slice逻辑控制电路 互锁，它由两部分组成. 每个部分都由一个寄存器和一个称为LC（LogicCell）的LUT组成，并且两个LC之间存在一些共同的逻辑. 可以完成LC之间的协调和级联.

（3）莱迪思的可编程逻辑单元称为PFU（ProgrammableFunctionUnit，可编程功能单元），它由8个LUT和8-9个寄存器组成.

设备的寄存器和LUT的数量通常用于衡量设备的大小.

3. 嵌入式RAM块:

FPGA的嵌入式RAM块可以灵活配置为单端口RAM（SPRAM，SinglePortRAM），双端口RAM（DPRAM，DoublePortRAM），伪双端口RAM（PseudoDPRAM），CAM（ContentAddressableMemory），FIFO（ FirstInputFirstOutput），等等. 内存结构.

FPGA中没有专用的ROM硬件资源. 实现ROM的想法是将初始值分配给RAM并保留初始值.

CAM，内容地址存储器. CAM存储器的每个存储单元都包含一个嵌入式比较逻辑. 将写入CAM的数据与CAM中存储的每个数据进行比较，并返回与端口相同的所有内部数据的地址.

简而言之，RAM是一种根据地址读写数据的存储单元，而CAM返回与端口数据匹配的内部地址.

FPGA中RAM，ROM，CAM，FIFO等的内部存储结构基于嵌入式RAM块，并根据要求自动生成相应的粘合逻辑（GlueLogic），以完成地址等控制逻辑和芯片选择.

Xilinx的常见RAM块大小为4Kbit和18Kbit. 莱迪思常用的RAM块大小为9Kbit. Altera的RAM块是最灵活的. 一些高端设备同时包含两个RAM块结构，分别是M9KRAM（9Kbit）和M-144K（144Kbit）.

除RAM外，Altera，Xilinx和Lattice的FPGA还可以灵活地将LUT配置为RAM，ROM和FIFO等存储结构. 该技术称为分布式RAM.

4. 丰富的布线资源

布线资源连接了FPGA内部的所有单元. 连接的长度和过程决定了连接上信号的驱动能力和传输速度. 有以下三种接线资源.

（1）全局专用路由资源: 用于完成设备中全局时钟和全局复位\设置的路由.

（2）长线资源: 在设备组之间完成一些高速信号和一些第二全局时钟信号的接线.

（3）短期资源: 完成基本逻辑单元之间的逻辑互连和布线.

（4）基本逻辑单元中有各种布线资源和控制信号线，例如专用时钟和复位.

5. 底层嵌入式功能单元

高度通用的嵌入式功能模块，例如PLL（PhaseLockedLoop），DLL（DelayLockedLoop），DSP和CPU等.

Altera芯片集成了PLL，Xilinx芯片主要集成了DLL，莱迪思的新型FPGA同时集成了PLL和DLL，以满足不同的需求.

Altera芯片PLL模块分为增强型PLL（EnhancedPLL）和快速PLL（FastPLL）.

Xilinx芯片DLL的模块名称是CLKDLL. 在高端FPGA中，CLKDLL的增强模块是DCM（数字时钟管理器，数字时钟管理模块）.

6. 嵌入式特殊硬核

嵌入式专用硬核的通用性相对较弱逻辑控制电路 互锁，并非所有FPGA器件都包括硬核.

FPGA内也有两个阵营: 一方面，FPGA用途更广，目标市场非常广泛，价格适中；另一方面，FPGA更具针对性，目标市场明确，价格也更高.

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