FPGA內部可編程邏輯CLB資源分析

一. 概述

這里以7系列的FPGA為例，先從整體上去了解一下FPGA內部可編程邏輯資源的結構。了解FPGA器件的內部資源與結構有利于我們優化設計與評估設計資源。

現在的FPGA里面有很多存儲資源，DSP（數字信號處理）資源，布線通道，I/O資源，當然最根本的還是CLB（Configurable Logic Block）。Xilinx的資源分布采用ASMBL架構。下圖是一個抽象的結構圖，相同資源以列方式排布。這篇文章主要講解CLB資源。

二. CLB資源介紹

CLB資源的分布以縱向相連，如下圖所示。每個CLB由兩個Slice組成。同一個CLB里面的兩個Slice之間沒有互連線。

每個Slice里面有4個6輸入的LUT（look-up tables(查找表)）和8個存儲單元（Storage）以及進位邏輯（Carry Logic）和多路選擇器（Multiplexers）。同時Slice有兩種。

普通的Slice叫SLICEL，電路結構如下，最左邊一列就是4個LUT，第二列為Carry Logic，以及紅色框框出來的存器單元。

第二種Slice叫SLICEM，電路結構如下。除了LUTS與SLICEL的LUTS不同之外，其余結構都一樣。這就是SLICEM與SLICEL之間的區別，利用SLICEM的LUTS還可以構成RAM，ROM，以及Shift Registers(移位寄存器)。

一個CLB里面含有一個SLICEM和SLICEL或者含有兩個SLICEL。

Slice就是通過LUTS以及Carry Logic和Multiplexers之間的互連來形成組合邏輯，再通過Storage elements構成寄存器以形成時序邏輯。

同時借助SLICEM的LUTS，還可以構成RAM，ROM，Shift Registers資源。

下表是一個CLB可以擁有的資源數以及可以形成大小為多少的RAM與Shift Registers。我們可以借助這些信息去評估設計需要多少資源和選擇什么型號的FPGA器件。