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米联客(MSXBO)浅读XILINX FPGA CLB单元

摘要: 1.1概述CLB可配置逻辑块是指实现各种逻辑功能的电路,是xilinx基本逻辑单元。在Xilinx FPGA中,每个可配置逻辑块包含2个Slice。每个Slice 包含查找表、寄存器、进位链和多个多数选择器构成。而Slice又有两种不同的逻 ...

1.1概述

CLB可配置逻辑块是指实现各种逻辑功能的电路,是xilinx基本逻辑单元。在Xilinx FPGA中,每个可配置逻辑块包含2个Slice。每个Slice 包含查找表、寄存器、进位链和多个多数选择器构成。而Slice又有两种不同的逻辑片:SLICEM和SLICEL。SLICEM有多功能的LUT,可配置成移位寄存器,或者ROM和RAM。逻辑片中的每个寄存器可以配置为锁存器使用。今天写这篇文章的目的主要是为了让我们搞清楚FPGA重要资源CLB、Slice、LUT。学习的主线是根据XILINX 官方文档” ug474_7Series_CLB.pdf”。

1.2 CLB简介

CLB是用于实现时序电路和组合电路的主要逻辑资源。 每个CLB元素都连接到一个交换矩阵,以访问通用路由矩阵(如下图所示)。 CLB元素包含一对Slice。

         7系列FPGA中的LUT可以配置为具有一个6输入LUT,或者两个5输入LUT(数据输入和地址相同,数据输出独立)。每个5输入LUT的输出都可以选择是否通过触发器(flip-flop)寄存。

一个CLB 等于2个Slice。

一个Slice等于4个6输入LUT+8个触发器(flip-flop)+算数运算逻辑

每个Slice的4个触发器(虽然有8个flip-flop,但是每个LUT分配一个flip-flop)可以配置成锁存器,这样会有4个触发器(flip-flop)未被使用。

这里还有一点需要特别注意的,XILINX FPGA 的slice还不都是长一样的,FPGA中三分之二的slice是SLICEL而剩余的是SLICEM,SLICEM是可以当作分布式64bit-RAM或者32bit的移位寄存器或者2个16bit移位寄存器。通过VIVADO软件或者原语的调用可以利用这些逻辑算数功能和存储功能。

下图展示了以1个CLB为单位的资源

我们经常说到FPGA容量是多少,FPGA器件的容量通常用逻辑单元来衡量,这在逻辑上等同于经典的4输入LUT和触发器。 7系列FPGA逻辑单元和6输入LUT的数量之比为1.6:1。所以,逻辑单元和Slice的数量比是6.4:1

所以当我们再次看到这张表时,Logice Cells的数量和Slies的数量就确定了。

以K7系列的FPGA为例看下面的表,可以看到Slices的数量等于SLICEL+SLICEM。SLICEM是可以用于分布式BRAM或者移位寄存器。SLICEM约占三分一的slices。比如对于7K325T的FPGA,有1600个SLICEM那么,1600X4X64bit=4000Kb的distributed RAM或者2000kb的Shift Register.如果不清楚这里的说明,看下前面关于CLB、Slice、LUT、SLICE和SLICEM的概念。

1.3 功能细节

1.3.1 CLB的排列

赛灵思创建了高级硅模块模块(ASMBL)架构,以使具有不同功能组合的FPGA平台能够针对不同的应用领域进行优化。

通过这种创新,Xilinx提供了更多的器件选择,使客户能够为他们的特定设计选择具有适当特性组合的FPGA。 下图提供了不同类型的基于列的资源的高级描述。

ASMBL体系结构通过以下方式突破了传统的设计障碍:

•消除了几何布局约束,例如I / O数量与阵列大小之间的依存关系。

•通过允许将电源和地线放置在芯slice上的任何位置来增强芯slice上的电源和地线分布。

•允许彼此独立地扩展不同的集成IP块和周围资源。

SSI技术

7系列FPGA通过使用独特的堆叠式硅互连(SSI)技术,进一步提高了集成度。 SSI技术使多个超级逻辑区域(SLR)可以组合在一个无源插入器层上,以创建具有一万多个SLR间连接的单个FPGA。

 

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引用 Wyuan 2020-4-23 14:43
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引用 I'mpossible 2020-4-1 16:28
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引用 云海 2020-3-9 17:38
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本文作者
2019-10-7 20:42
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