深入探索FPGA内部构造

   FPGA由6部分组成，分别为可编程输入/输出单元（IOB）、基本可编程逻辑单元（SLENCE）、嵌入式块RAM（block ram）、丰富的布线资源、底层嵌入功能单元和内嵌专用硬核等。

整个FPGA的资源分布图如下：

上图的分块按照时钟域分的块，前面有文章介绍FPGA的时钟中有详细介绍分块的规则。

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1)IOB可编程输入输出单元：

大多数FPGA的I/O单元被设计为可编程模式，即通过软件的灵活配置，可适应不同的电器标准与I/O物理特性;可以调整匹配阻抗特性，上下拉电阻;可以调整输出驱动电流的大小等。

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如上图所示，左边SLICE为SLICEM右边为SLICEL

CLB内部的两个Slice是相互独立的，各自分别连接开关阵列（Switch Matrix），以便与通用布线阵列（General routing Matrix）相连。

在Xilinx FPGA设计工具中，Slice的位置用“XmYn”表示，其中m为Slice所在横坐标，一个CLB的两个Slice的横坐标分别是m和m+1；n为CLB的纵坐标，一个CLB的两个Slice有相同的n。Virtex-5左下角的Slice编号为X0Y0。

实际上，查找表类似于一个ROM（印象中是SRAM），容量是64bit，6个输入作为地址输入，存储的内容作为布尔运算的结果。查找表中的内容由开发环境生成并在FPGA配置时加载进去。（每个SLICE有4个在SLICE的做左边）

Slice中的触发器可以配置成多种工作方式，例如是FF或Latch，同步复位或异步复位、复位高有效或低有效等。（每个SLICE有8个寄存器，在SLICE的最右端）

CLB内部包含多个选择器。CLB的选择器与一般的选择器不同，它们没有选择端。通路的选择在FPGA配置后固定下来。（上图中每个SLICE有3个二选一选择器）

CLB内部还包含了一个重要的资源——进位链，其作用是方便加法器的实现。（每个SLICE有一个四进位链CARRY4）

SLICEM的结构与SLICEL的结构类似，最大的区别是使用了一个新的单元代替SLICE中的查找表。这个新的单元可以配置为LUT、RAM、ROM或移位寄存器（SRL16/SRL32），从而可以实现LUT的逻辑功能，也能做存储单元（多个单元组合起来可以提供更大的容量）和移位寄存器（提供延迟等功能），其中SLICEM中LUT的输入端都地址和写地址为8位，高两位可能是将4个LUT并联一起作为一个大的RAM或ROM时用，同时SLICEL和SLICEM的LUT均可设为5位查找表或6位查找表。

CLB内部查找表、触发器、多路器等基本单元的配置是由ISE自动完成，一般情况下不需要设计者干预。但是，如果认为有必要，设计者可以通过ISE中集成的FPGA底层编辑器——FPGA Editor直接编辑CLB内部触发器和多路器的配置。

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BLOCK RAM：

如上图所示，block ram所处的那一列位置全是36BLOCK RAM ，其中每个block RAM中又分为上下两块，上半部分为18RAMB下半部分为FIFO18。在FIFO例化的时候可以将BLOCK RAM设置为FIFO时，不会使用额外的CLB资源，并且这部分RAM是真双口RAM。

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上图所示中的一列全是DSP48，为FPGA内部模块。

有4个输入，分别是A、B、C、D。一个输出P。从输入得到输出，我们用一个函数公式表达：P=(D±A)*B±C。请把这个公式背下来，之后的变形使用也靠它了。这里面A是30bit，B是18bit，C是48bit，D是25bit。(D±A)出来是25bit，乘法就是25*18bit。P是48bit。

这个式子就是dsp48e1的功能简介了。当然里面有更多的东西需要去配置和实现，但主体框架就是这个。我们用它来实现乘法加法这些东西。

如果你直接使用dsp48的ip，通过简单的公式选择，动动鼠标就可以配置好公式。也可以直接GTH固核：

GTH在该时钟块的一侧，旁边为GTH的4个PAD（输入输出的差分引脚），一列全是GTH固核。中间输入多出的两个PAD为该GTH块的参考时钟引脚。这就是4路GTH一个块指的是在同一个时钟块中的四个GTH固核。关于GTH见前几篇文章。

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上图所示两个模块为该时钟块的时钟管理模块（PLL和MMCM）。

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