FPGA中的逻辑运算是如何实现的?

时间:2025-06-16  作者:Diven  阅读:0

**1. **可编程逻辑功能块

FPGA中的逻辑运算是如何实现的?

可编程逻辑功能块(Configurable LogIC Blocks, CLB),顾名思义就是可编程的数字逻辑电路,可以实现各种逻辑功能。

CLB是FPGA根据用户需求构建各种数字电路的核心模块,是FPGA实现组合逻辑和时序逻辑电路的主要逻辑资源。CLB也是FPGA芯片中利用率最高,占用面积最大的逻辑资源模块,作用犹如人体中最基本的细胞单元。

LUT也即我们常说的查找表,是CLB的主要功能模块,这点由CLB名字的全称(可配置逻辑功能块)就可以知道了。通过一个N输入的LUT可以实现任意N个变量的组合逻辑。为方便理解,我们以3输入LUT为例加以说明。Fig1. LUT3原理图

图中M0-M7为查找表的配置存储器(即存储单元),通过编程下载将数据写入这个8个存储单元;输出OUT则根据A、B、C的值选择M0-M7的值。CBA=000时选择M0的值,CBA=001时选择M1的值,以此类推,CBA=111时就选择M7,这样就构成了一个Look up table,也就可以通过写入M0-M7适当的值来实现ABC的任意逻辑。

例如想要实现函数OUT1=C⊕B⊕A或函数OUT2=A&B+C,真值表如下表1所示,所以只需要使M0-M7的值为01101001就可以实现函数OUT1的功能;只需要使M0-M7的值为00011111就可以实现函数OUT2的功能。6输入查找表原理一样。

表1 函数OUT1和OUT2的真值表**2. **工程验证

1 建立Vivado****工程

用Vivado软件编写verilog代码实现y = a & b + c,如下:生成的bitstream(文件路径:工程名路径/工程名/工程名.runs/impl_1/工程名.rbt),如下(部分):上述bitstream绝大部分会存储到FPGA的Memory Cell中,也就是图1中M7-M0的数据源。图1中的A、B、C和OUT来自FPGA的IO,由用户指定。其中A、B、C和OUT对应代码中的a、b、c和y。图2是Vivado自动布局布线出来的y = a & b + c,可以看出仅占用了FPGA的一个LUT6资源。Fig2. y = a & b + c 软件视图

2解析bitstream

下载到图2中LUT6的Memory值是否是我们想要的呢?这就需要我们对bit流进程解析。

我们直接给出此LUT6占用的Memory Cell值及位置,如下:其中frame表示一帧数据,共101个word,一个word表示32个Memory Cell,因此一个frame表示101 x 32 = 3232个Memory Cell。

由第1章知识,可知一个LUT6需要2^6=64个Memory Cell,即上图灰色部分(16 x 4 = 64)。

**2.3 **分析验证

为便于分析我们把2.2节中frame:104/105/106/107 word:0的低16位取出放到表格里构成16x4的一个矩阵,如下:转换成64x1矩阵(转换关系由内部电路决定,这里直接给出),如下:这里与表1呼应,至此我们工程化验证了y = a & b + c,你理解了吗?

**3. **思考与讨论

bitstream是如何烧写到FPGA芯片中的?如何利用CLB实现时序逻辑?FPGA内部时钟架构是什么样的?FPGA电源是如何划分的?

猜您喜欢

你是否曾对着电路板上的贴片电阻上的数字和字母组合感到困惑?其实,解读这些代码并不难,尤其是常见的1kΩ电阻。本文将为你简单解释如何识别1k贴片电阻的代码。对于采...
2024-11-29 10:26:10

联件是指在机械、电子等领域中用于连接不同部件的装置。根据其功能和结构,联件可以分为以下几类。按连接方式分类,联件可分为刚性联件和柔性联件。刚性联件如螺栓、焊接等...
2008-11-01 00:00:00

电子设备中,电容器是非常重要的元件。尤其是滤波电容,常常用于电源电路。今天,我们将讨论2000uF的贴片电容滤波,为什么不如电解电容好。以下是几个关键点。容量稳...
2025-03-27 13:01:07

长电极电阻作为重要的基础元件,应用于各种电路设计中。RALEC(旺诠)作为知名的电阻制造商,其长电极电阻产品因品质优良、性能稳定而受到市场青睐。市场上同类产品众...
2017-11-03 12:08:33

熔断器作为保护电路安全的重要元件,受到了越来越多的关注。AEM熔断器优异的性能和的应用,成为市场上的热门选择。本文将围绕“AEM熔断器系列有哪些品牌”这一主题,...
2024-12-20 06:55:30

随着电动汽车、便携式电子设备和可再生能源存储需求的日益增长,电池作为一种高效、清洁的能源存储解决方案,其重要性日益凸显。而电池管理系统(BMS)作为电池的大脑,...
2024-01-11 00:00:00


电子维修和DIY中,准确识别贴片电阻很重要。掌握识别方法不仅能帮助我们选择正确的元件,还能避免因误用导致电路故障。那么,识别贴片电阻的方法有哪些作用呢?快速确定...
2024-11-29 10:25:38

整形锉和半圆锉是工具箱中不可少的利器,应用于木工、金属加工和模型制作等领域。整形锉平整的边缘和细腻的磨削能力,能够高效去除材料表面的多余部分,帮助用户实现精确的...
2025-08-28 00:00:00

焊嘴作为焊接工具中的重要组成部分,其参数直接影响焊接质量和效率。在选择焊嘴时,有几个关键参数需要关注。首先是焊嘴的尺寸,通常以直径来表示。焊嘴的直径影响焊接的热...
2023-05-05 00:00:00