FPGA内部结构
2017-05-22 20:53
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逻辑块(Logic Block),Altera称之为逻辑阵列块(LAB),Xilinx称之为可配置逻辑课(CLB)
逻辑单元在ALTERA叫作(Logic Element,LE)LE,在XILNX中叫作LC(LOGIC CELL)
基于查找表的FPGA
一个LE包含一个4输入的查找表,同时加上一个寄存器
基于查找表技术(Look-Up-TableLUT),SRAM工艺的FPGA,由于SRAM工艺特点,掉电后数据会丢失,因此调试期间可以通过JTAG配置FPGA,调试完成后,将数据固化在一个专用EEPROM中,上电时,由这片EEPROM完成对FPGA的配置,几十毫秒后FPGA即可正常工作。
查找表本质上就是一个RAM,目前FPGA多使用4输入的LUT,所以每一个LUT可以看成一个有4位地址线的16*1的输出RAM,当用户描述了一个逻辑单元后,FPGA会自动计算逻辑电路所有的可能结果,并把结果事先写入RAM,这样每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表,找出地址对应的内容,然后输入即可。 可以说FPGA是基于SRAM结构的,对FPGA的逻辑编程,相当一部分就是对SRAM编程.
下面是一个4输入与门的例子:
FPGA是由存放在片内的RAM来设置其工作状态的,因此工作时需要对片内RAM进行编程。用户可根据不同的配置模式,采用不同的编程方式。FPGA有如下几种配置模式:
并行模式:并行PROM、Flash配置FPGA;
主从模式:一片PROM配置多片FPGA;
串行模式:串行PROM配置FPGA;
外设模式:将FPGA作为微处理器的外设,由微处理器对其编程。
FPGA的内部结构包括:
可编程逻辑门阵列,由最小单元LE组成
可编程输入输出单元IOE
嵌入式RAM块,为M4K块,每个的存储量为4K,掉电丢失
布线网络
PLL锁相环,EP4CE6E22C8N最大的倍频至250MHz,这也是该芯片的最大工作频率
可编程逻辑块:
FPGA市场占有率最高的两大公司Xilinx和Altera生产的FPGA都是基于SRAM工艺的,需要在使用时外接一个片外存储器以保存程序。上 电时,FPGA将外部存储器中的数据读入片内RAM,完成配置后,进入工作状态;掉电后FPGA恢复为白片,内部逻辑消失。这样FPGA不仅能反复使用,
还无需专门的FPGA编程器,只需通用的EPROM、PROM编程器即可。Actel、QuickLogic等公司还提供反熔丝技术的FPGA,只能下载 一次,具有抗辐射、耐高低温、低功耗和速度快等优点,在军品和航空航天领域中应用较多,但这种FPGA不能重复擦写,开发初期比较麻烦,费用也比较昂贵。 Lattice是ISP技术的发明者,在小规模PLD应用上有一定的特色。早期的Xilinx产品一般不涉及军品和宇航级市场,但目前已经有Q Pro-R等多款产品进入该类领域。
逻辑单元在ALTERA叫作(Logic Element,LE)LE,在XILNX中叫作LC(LOGIC CELL)
基于查找表的FPGA
一个LE包含一个4输入的查找表,同时加上一个寄存器
基于查找表技术(Look-Up-TableLUT),SRAM工艺的FPGA,由于SRAM工艺特点,掉电后数据会丢失,因此调试期间可以通过JTAG配置FPGA,调试完成后,将数据固化在一个专用EEPROM中,上电时,由这片EEPROM完成对FPGA的配置,几十毫秒后FPGA即可正常工作。
查找表本质上就是一个RAM,目前FPGA多使用4输入的LUT,所以每一个LUT可以看成一个有4位地址线的16*1的输出RAM,当用户描述了一个逻辑单元后,FPGA会自动计算逻辑电路所有的可能结果,并把结果事先写入RAM,这样每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表,找出地址对应的内容,然后输入即可。 可以说FPGA是基于SRAM结构的,对FPGA的逻辑编程,相当一部分就是对SRAM编程.
下面是一个4输入与门的例子:
FPGA是由存放在片内的RAM来设置其工作状态的,因此工作时需要对片内RAM进行编程。用户可根据不同的配置模式,采用不同的编程方式。FPGA有如下几种配置模式:
并行模式:并行PROM、Flash配置FPGA;
主从模式:一片PROM配置多片FPGA;
串行模式:串行PROM配置FPGA;
外设模式:将FPGA作为微处理器的外设,由微处理器对其编程。
FPGA的内部结构包括:
可编程逻辑门阵列,由最小单元LE组成
可编程输入输出单元IOE
嵌入式RAM块,为M4K块,每个的存储量为4K,掉电丢失
布线网络
PLL锁相环,EP4CE6E22C8N最大的倍频至250MHz,这也是该芯片的最大工作频率
可编程逻辑单元LE
可编程逻辑块:
FPGA市场占有率最高的两大公司Xilinx和Altera生产的FPGA都是基于SRAM工艺的,需要在使用时外接一个片外存储器以保存程序。上 电时,FPGA将外部存储器中的数据读入片内RAM,完成配置后,进入工作状态;掉电后FPGA恢复为白片,内部逻辑消失。这样FPGA不仅能反复使用,
还无需专门的FPGA编程器,只需通用的EPROM、PROM编程器即可。Actel、QuickLogic等公司还提供反熔丝技术的FPGA,只能下载 一次,具有抗辐射、耐高低温、低功耗和速度快等优点,在军品和航空航天领域中应用较多,但这种FPGA不能重复擦写,开发初期比较麻烦,费用也比较昂贵。 Lattice是ISP技术的发明者,在小规模PLD应用上有一定的特色。早期的Xilinx产品一般不涉及军品和宇航级市场,但目前已经有Q Pro-R等多款产品进入该类领域。
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