FPGA查找表

FPGA

一.查找表（Look-Up-Table)的原理与结构采用这种结构的PLD芯片我们也可以称之为FPGA：如altera的ACEX,APEX系列,xilinx的Spartan,Virtex系列等。查找表（Look-Up-Table)简称为LUT，LUT本质上就是一个RAM。目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一个LUT可以看成一个有4位地址线的16x1的RAM。当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑电路以后，PLD/FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能的结果，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，然后输出即可。下面是一个4输入与门的例子，

实际逻辑电路		LUT的实现方式

a,b,c,d 输入	逻辑输出	地址	RAM中存储的内容
0000	0	0000	0
0001	0	0001	0
....	0	...	0
1111	1	1111	1

二.基于查找表（LUT)的FPGA的结构

我们看一看xilinx Spartan-II的内部结构，如下图：

xilinx Spartan-II 芯片内部结构 Slices结构
Spartan-II主要包括CLBs，I/O块，RAM块和可编程连线（未表示出）。在spartan-II中，一个CLB包括2个Slices,每个slices包括两个LUT，两个触发器和相关逻辑。 Slices可以看成是SpartanII实现逻辑的最基本结构 (xilinx其他系列，如SpartanXL,Virtex的结构与此稍有不同，具体请参阅数据手册）
altera的FLEX/ACEX等芯片的结构如下图：

altera FLEX/ACEX 芯片的内部结构

逻辑单元（LE）内部结构FLEX/ACEX的结构主要包括LAB，I/O块，RAM块（未表示出）和可编程行/列连线。在FLEX/ACEX中，一个LAB包括8个逻辑单元（LE）,每个LE包括一个LUT，一个触发器和相关的相关逻辑。LE是FLEX/ACEX芯片实现逻辑的最基本结构(altera其他系列，如APEX的结构与此基本相同，具体请参阅数据手册）
三.查找表结构的FPGA逻辑实现原理

我们还是以这个电路的为例：

A,B,C,D由FPGA芯片的管脚输入后进入可编程连线，然后作为地址线连到到LUT，LUT中已经事先写入了所有可能的逻辑结果，通过地址查找到相应的数据然后输出，这样组合逻辑就实现了。该电路中D触发器是直接利用LUT后面D触发器来实现。时钟信号CLK由I/O脚输入后进入芯片内部的时钟专用通道，直接连接到触发器的时钟端。触发器的输出与I/O脚相连，把结果输出到芯片管脚。这样PLD就完成了图3所示电路的功能。（以上这些步骤都是由软件自动完成的，不需要人为干预）这个电路是一个很简单的例子，只需要一个LUT加上一个触发器就可以完成。对于一个LUT无法完成的的电路，就需要通过进位逻辑将多个单元相连，这样FPGA就可以实现复杂的逻辑。由于LUT主要适合SRAM工艺生产，所以目前大部分FPGA都是基于SRAM工艺的，而SRAM工艺的芯片在掉电后信息就会丢失，一定需要外加一片专用配置芯片，在上电的时候，由这个专用配置芯片把数据加载到FPGA中，然后FPGA就可以正常工作，由于配置时间很短，不会影响系统正常工作。也有少数FPGA采用反熔丝或Flash工艺，对这种FPGA，就不需要外加专用的配置芯片。

天弦 · 2012-5-6 19:34:33

aaaaaaa

冲动亦疯狂 · 2012-5-9 19:49:59

很强大，就是不太会用，对应有教程就好

juby · 2012-6-14 10:35:13

学习啦，谢谢

xuanxuan170 · 2012-6-15 08:44:46

好东西顶一个

华小科 · 2012-6-15 11:37:36

学习啦

何波 · 2012-6-16 14:15:37

好资料

Cic · 2012-6-18 16:16:02

赞一个...

王志煌 · 2012-6-18 19:25:29

不错

alanliyuan · 2012-6-20 21:46:46

dingiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii

弓波 · 2012-9-18 18:57:15

顶一个！！！！！

aplanet · 2012-9-18 21:21:10

看不懂啊，开来还没入门

lpc2292 · 2013-2-27 16:07:11

学习了

王旭 · 2013-3-16 00:59:43

邢斌 · 2013-3-16 10:25:00

楼主用心啦

hkallsas · 2013-3-19 16:03:51

以面积换速度的设计方法，对吧？

fdl009 · 2013-3-20 09:59:07

李军 · 2013-3-20 11:38:45

很好…… 希望更多高手一起讨论下技术方面的知识……

patentfan · 2013-5-16 16:20:42

应该再解释清楚些

童智勇 · 2013-8-22 16:12:19

好东西，谢谢分享

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19 条评论

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