FPGA学习：分布式RAM和Block ram

以下分析基于xilinx 7系列

CLB是xilinx基本逻辑单元，每个CLB包含两个slICes，每个slICes由4个（A，B，C，D）6输入LUT和8个寄存器组成。

同一CLB中的两片slices没有直接的线路连接，分属于两个不同的列。每列拥有独立的快速进位链资源。

slice分为两种类型 SLICEL， SLICEM 。 SLICEL可用于产生逻辑，算术，ROM。 SLICEM除以上作用外还可配置成分布式RAM或32位的移位寄存器。每个CLB可包含两个SLICEL或者一个SLICEL与一个SLICEM.

7系列的LUT包含6个输入 A1 -A6 ， 两个输出 O5 ， O6 。

可配置成6输入查找表，O6此时作为输出。或者两个5输入的查找表，A1-A5作为输入 A6拉高，O5，O6作为输出。

一个LUT包含6个输入，逻辑容量为2^6bit，为实现7输入逻辑需要2^7容量，对于更多输入也一样。每个SLICES有4个LUT，256bit容量能够实现最多8bit输入的逻辑。为了实现此功能，每个SLICES还包括3个MUX（多路选择器）

F7AMUX 用于产生7输入的逻辑功能，用于连接A，B两个LUT

F7BMUX 用于产生7输入的逻辑功能， 用于连接C，D两个LUT

F8MUX 用于产生8输入的逻辑功能， 用于连接4个LUT

对于大于8输入的逻辑需要使用多个SLICES， 会增加逻辑实现的延时。

一个SLICES中的4个寄存器可以连接LUT或者MUX的输出，或者被直接旁路不连接任何逻辑资源。寄存器的置位/复位端为高电平有效。只有CLK端能被设置为两个极性，其输入若要改变电平需要插入逻辑资源。例如低电平复位需要额外的逻辑资源将rst端输入取反。但设为上升/下降沿触发寄存器不会带来额外消耗。

分布式RAM

SLICEM可以配置成分布式RAM，一个SLICEM可以配置成以下容量的RAM

多bit的情况需要增加相应倍数的LUT进行并联。

分布式RAM和 BLOCK RAM的选择遵循以下方法：

1. 小于或等于64bit容量的的都用分布式实现

2. 深度在64~128之间的，若无额外的block可用分布式RAM。要求异步读取就使用分布式RAM。数据宽度大于16时用block ram。

3. 分布式RAM有比block ram更好的时序性能。 分布式RAM在逻辑资源CLB中。而BLOCK RAM则在专门的存储器列中，会产生较大的布线延迟，布局也受制约。

移位寄存器（SLICEM）

SLICEM中的LUT能在不使用触发器的情况下设置成32bit的移位寄存器，4个LUT可级联成128bit的移位寄存器。并且能够进行SLICEM间的级联形成更大规模的移位寄存器。

MUX

一个LUT可配置成4:1MUX.

两个LUT可配置成最多8:1 MUX

四个LUT可配置成16个MUX

同样可以通过连接多个SLICES达成更大规模设计，但是由于SLICE没有直接连线，需要使用布线资源，会增加较大延迟。

进位链

每个SLICE有4bit的进位链。每bit都由一个进位MUX（MUXCY）和一个异或门组成，可在实现加法/减法器时生成进位逻辑。该MUXCY与XOR也可用于产生一般逻辑。