FPGA的基础架构

CLB是指可编程逻辑功能块（Configurable Logic Blocks）,顾名思义就是可编程的数字逻辑电路。CLB是FPGA内的三个基本逻辑单元。CLB的实际数量和特性会依器件的不同而不同，但是每个CLB都可配置，在Xilinx公司的FPGA器件中，CLB由2个 相同的SliceL或则一个SliceL和一个SliceM构成。每个Slice不仅可以用于实现组合逻辑、时序逻辑。其中，SliceM还可以配置为分布式RAM和分布式ROM。

下面以Xilinx的ZYNQ的7000系列为例介绍其功能与结构

ZYNQ7000系列采用了Xilinx全新的第四代ASMBL架构。

新的架构优化了芯片布局，消除了IO数量增长带来的芯片阵列的尺寸约束；

新的架构能够满足在芯片的任何位置放置电源和地；

增加了更多电源和地；

允许多种完全不同功能的IP单元在芯片内独立排布；

独特的SSI技术；

且分布式RAM和移位寄存器只能在SliceM中

1.SLICE: （1Slice=4LUT+8FF）

Slice是Xilinx公司定义的基本逻辑单位，其内部结构如图1-4所示，一个Slice由四个6输入的LUTS、进位逻辑、算术逻辑、存储逻辑和多路复选器组成。算术逻辑包括一个异或门（XORG），一个异或门可以使一个Slice实现 2bit全加操作，专用与门用于提高乘法器的效率；进位逻辑由专用进位信号和函数复用器（MUXC）组成，用于实现快速的算术加减法操作；4输入函数发生器用于实现4输入LUT、分布式RAM或16比特移位寄存器（Virtex-5系列芯片的Slice中的两个输入函数为6输入，可以实现6输入LUT或 64比特移位寄存器）；进位逻辑包括两条快速进位链，用于提高CLB模块的处理速度

每个Slice包含：

•四个6输入查找表LUT

•八个存储单元

•多路复选器

•进位逻辑

所有Slice均使用这些单元来提供逻辑，算术和ROM功能。在

此外，某些slice还支持两个附加功能：使用分布式存储数据

RAM和32位寄存器的移位数据。支持这些附加功能的slice

称为SLICEM；其他的则称为SLICEL。

SLICEL如图2-4所示。

每个CLB可以包含两个SLICEL或一个SLICEL和一个SLICEM。

Slices分为SliceL和SliceM，一般情况下，SliceL>SliceM数

2.LUT查找表

1个Slice包含4个6输入的LUT，两个LUT通过F7MUX进行级联可以形成一个7输入的LUT，1个Slice可以形成2个7输入的LUT；还可通过F8MUX进行级联形成一个8输入的LUT，逻辑资源换算关系：6输入查找表是4输入查找表的1.6倍查找表LUT本质是RAM，相当于一个多路选择器LUT可参与进位逻辑，进行算数运算单元进行异或运算等，也可直接输出。

3.存储单元

每个Slice有8个存储单元，4个可配置成DFF或者锁存器，另外4个只能配置为DFF

控制信号

而SliceL与SliceM最大的区别就是没有分布式RAM和移位寄存器。

4.分布式RAM（仅限SliceM）

SLICEM可以配置成分布式RAM，多bit的情况需要增加相应倍数的LUT进行并联。

分布式RAM比块RAM有更好的灵活性，但块RAM的资源比较宝贵，分布式RAM适用小规模存储场景。

5.移位寄存器（仅限SliceM）

SLICEM在不使用触发器的情况下可以设置成32bit的移位寄存器，4个LUT可级联成128bit的移位寄存器。SliceM之间级联还可形成更大的移位寄存器

6.多路复选器MUX

1个LUT可配置成4：1MUX

2个LUT最多可配置成8：1MUX

4个LUT最多可配置成16：1MUX

也可通过布线资源连接多个Slice形成更大规模的设计

但会占用布线资源，产生较大延迟

有两条快速进位链，它与本列的上下slice的进位链相连，实现数据运算时的进位操作,每个slice有4bit 的进位链，每bit都由一个进位MUX和一个异或门组成

可实现加法/减法器时生成进位逻辑，也可产生一般逻辑。