fpga(filed programmable gate device):現場可程式設計邏輯器件
fpga基於查詢表加觸發器的結構,採用sram工藝,也有採用flash或者反熔絲工藝;主要應用高速、高密度大的數位電路設計。
fpga由可程式設計輸入/輸出單元、基本可程式設計邏輯單元、嵌入式塊ram、豐富的佈線資源(時鐘/長線/**)、底層嵌入功能單元、內嵌專用的硬核等組成;
目前市場上應用比較廣泛的fpga晶元主要來自altera與xilinx。另外還有其它廠家的一些低端晶元(actel、lattice)。
這裡主要介紹altera
cyclone ii系列
fpga的內部硬體結構:
fpga器件結構
可程式設計輸入/輸出單元ioe
可程式設計邏輯單元le
嵌入式塊ram
佈線資源
底層嵌入功能單元
altera cyclone iv器件結構
fpga的內部結構包括:
可程式設計邏輯門陣列,由最小單元le組成
可程式設計輸入輸出單元ioe
嵌入式ram塊,為m4k塊,每個的儲存量為4k,掉電丟失
佈線網路
pll鎖相環,ep4ce6e22c8n最大的倍頻至250mhz,這也是該晶元的最大工作頻率
可程式設計i/o,可配置成oc門、三態門、雙向io、單端/差分等;支援各種不同的i/o標準:lvttl、lvcoms、sstl、lvds、hstl、pci等;
altera 器件ioe結構
altera器件的輸入輸出結構:可配置成三態、輸入/輸出、雙向io
altera器件中cyclone系列中的ioe結構是基本的輸入、輸出、使能的觸發器結構。
基本可程式設計邏輯單元le由查詢表(look up table)觸發器(ff)組成,而le是組成lab的最小單元;
lut一般是4輸入查詢表,高階器件(xilinx v5)採用lut-6結構;lut可看成4位位址線的16x1的ram 結構。
ff是可程式設計的觸發器,可配置成同步/非同步復位、同步/非同步置位、使能、裝載等功能觸發器。
可程式設計邏輯塊:
xilinx clb由四個slice構成;而altera的lab由16個/8個le構成;
基本邏輯單元le/slice:
xilinx 為slice:包括兩個lut-4/兩個ff;
altera為le:包括乙個lut-4/乙個ff;
嵌入式塊ram可配置單/雙埠ram、偽雙埠ram、rom、fifo、shift、cam等;不同廠家的塊ram大小不一樣:
全域性佈線資源:用於全域性時鐘/全域性復位/全域性置位佈線;
長線資源:用於bank或者嵌入式功能單元的高速訊號或者第二全域性時鐘的佈線;
**資源:用於其中邏輯單元間的邏輯互聯與佈線;
全域性佈線資源:
全域性時鐘樹:
主要是指pll/dpll、dcm、dsp48、乘法器、嵌入式硬核/軟核;
xilinx:dcm、dsp48/48e、dpll、multiplier等
altera:pll/epll/fpll、dspcore等;
multiplier結構
pll/dcm:嵌入式鎖相環
altera:pll
xilinx:dcm
altera的cyclone ii器件最多有四個pll,分布在晶元四個角;需要主要的是altera的pll是模擬鎖相環,在電源/地方面要做考慮。
xilinx的spatan-3器件最多有四個dcm,也是分布在晶元四個角。
兩者的區別:altera的pll可支援較低的輸入頻率,可xilinx的dcm支援的最低鎖相頻率為24/32mhz;但xilinx的高階器件virtex-5的dpll可達到很低的輸入頻率。
內嵌專用硬核
指高速序列收發器;gmac、serdes、pcie等;
xilinx:gmac、serdes、pci、gtx、grx
atera:gmac、serdes、pcie、spi.4/sfi.5
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