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基于查找表的FPGA结构和工作原理

Xilinx公司的FPGA产品基本上都是基于查找表型器件,包括两大类:Spartan类和Virtex类,Spartan类主要面向低成本的中低端应用,Virtex类主要面向高端应用,这两个系列的差异在于芯片的规模和专用模块上。
        下面以 Spartan系列产品为例,介绍基于查找表的FPGA的电路结构和工作原理。
        1. 可编程逻辑模块CLB
        CLB是FPGA的基本逻辑单元电路,它能实现绝大多数的逻辑功能。Spartan系列CLB的简化原理框图如图1所示,CLB由组合逻辑函数发生器、触发器、编程数据存储单元和一些内部控制的数据选择器等电路组成。组合逻辑函数发生器是由查找表LUT构成。M个输入多变量的查找表相当于M个输入的逻辑函数真值表存储在一个2M×1的SRAM中,SRAM的地址线起输入作用,SRAM的输出为逻辑函数的值,由此输出状态控制传输门或多路开关信号的通断,实现与其他功能块的可编程连接。作为查找表来实现的函数发生器,时延与实现的函数的复杂性无关。

图1 CLB的简化原理框图

2. 输入输出模块IOB
        用户可编程IOB提供外部引脚和内部逻辑功能之间的接口。每个IOB控制一个封装引脚,并能被设置为输入、输出和双向工作模式。每个I/O单元具有两个触发器、输入门限检测缓冲器、三态输出缓冲器、两根时钟输入线及一组程序控制存储单元。Spartan系列的IOB简化原理框图如图2所示。

图2 IOB简化原理框图

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