FPGA(Field-Programmable Gate Array)的基本组成单元是其内部结构的关键组件,这些单元可以被编程来执行各种数字逻辑功能。FPGA的基本组成单元主要包括以下几个部分:
- 可编程逻辑块 (CLB, Configurable Logic Block)
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- CLB是FPGA中最核心的组成部分,它们是实现逻辑功能的基本单元。
- 每个CLB包含多个查找表(LUTs, Look-Up Tables)和触发器(D触发器或其他类型的触发器)。
- LUTs用于实现组合逻辑功能,而触发器用于实现时序逻辑,存储状态信息。
- 查找表 (LUT, Look-Up Table)
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- LUT是一种小型的只读存储器(ROM),可以被配置为实现任何4输入的布尔函数。
- LUT的大小通常是4到6个输入,这取决于具体的FPGA架构。
- 通过编程LUT,可以实现逻辑门的功能,如AND、OR、NAND、NOR、XOR、XNOR等。
- 触发器 (Flip-Flops)
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- 触发器是时序电路的基本组成部分,用于存储数据。
- 它们通常与LUTs一起使用,形成寄存器和其他时序逻辑元素。
- 嵌入式RAM资源 (Block RAM)
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- 这些是集成在FPGA内的块状随机存取存储器。
- 可以配置为单端口、双端口RAM,或者作为FIFO(First-In First-Out)缓冲器。
- 输入/输出单元 (IOB, Input/Output Block)
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- IOB提供芯片与外部世界的接口,管理信号的输入和输出。
- 它们可以配置为适应不同的电气标准和特性,例如LVCMOS、LVDS等。
- 可编程互联资源
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- 包括布线资源和开关矩阵,用于连接FPGA内部的各个部分。
- 布线资源包括全局布线、长线、短线和分布式的布线资源,确保信号可以在芯片上高效地传播。
- 内嵌功能单元
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- 如延迟锁相环(DLL, Delay Locked Loop)和锁相环(PLL, Phase-Locked Loop),用于时钟管理和信号同步。
- 内嵌专用硬核
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- 这些是预先设计好的复杂功能模块,如串行收发器(SERDES, Serializer/Deserializer)、DSP(Digital Signal Processing)模块、微处理器核心等。
FPGA的设计灵活性来自于这些单元的可编程性和可配置性,使得设计师能够构建出满足特定需求的复杂数字电路。