FPGA内部可编程逻辑CLB资源分析

一. 概述

这里以7系列的FPGA为例，先从整体上去了解一下FPGA内部可编程逻辑资源的结构。了解FPGA器件的内部资源与结构有利于我们优化设计与评估设计资源。

现在的FPGA里面有很多存储资源，DSP（数字信号处理）资源，布线通道，I/O资源，当然最根本的还是CLB（Configurable Logic Block）。Xilinx的资源分布采用ASMBL架构。下图是一个抽象的结构图，相同资源以列方式排布。这篇文章主要讲解CLB资源。

二. CLB资源介绍

CLB资源的分布以纵向相连，如下图所示。每个CLB由两个Slice组成。同一个CLB里面的两个Slice之间没有互连线。

每个Slice里面有4个6输入的LUT（look-up tables(查找表)）和8个存储单元（Storage）以及进位逻辑（Carry Logic）和多路选择器（Multiplexers）。同时Slice有两种。

普通的Slice叫SLICEL，电路结构如下，最左边一列就是4个LUT，第二列为Carry Logic，以及红色框框出来的存器单元。

第二种Slice叫SLICEM，电路结构如下。除了LUTS与SLICEL的LUTS不同之外，其余结构都一样。这就是SLICEM与SLICEL之间的区别，利用SLICEM的LUTS还可以构成RAM，ROM，以及Shift Registers(移位寄存器)。

一个CLB里面含有一个SLICEM和SLICEL或者含有两个SLICEL。

Slice就是通过LUTS以及Carry Logic和Multiplexers之间的互连来形成组合逻辑，再通过Storage elements构成寄存器以形成时序逻辑。

同时借助SLICEM的LUTS，还可以构成RAM，ROM，Shift Registers资源。

下表是一个CLB可以拥有的资源数以及可以形成大小为多少的RAM与Shift Registers。我们可以借助这些信息去评估设计需要多少资源和选择什么型号的FPGA器件。