Xilinx FPGA器件结构

Xilinx fpga的组成

xilinx fpga 主要由IOBs 和CLBs 组成

CLB

CLB含有4个相似的Slice

![](Xilinx FPGA器件结构/屏幕截图_20241222_200714.png)

Slice

Slice基本元件包括 2个4输入LUT G函数 F函数 2个Storage element FFX FFY一般用做D触发器

![](Xilinx FPGA器件结构/屏幕截图_20241222_200833.png)

LUT

LUT本身是一个16X1的RAM结构 它的4个输入 G函数 G1 G4 F函数 F1 F4 其实是RAM的地址线 通过对RAM中各存储单元进行配置 可灵活配置成任意1 4输入任意组合逻辑或者直接用它作RAM或ROM 这本身就是它原来的特点。

Slice(LUT、FF、LATCH)的概念

6系列之前的器件中都有Latch;6系列和7系列的FPGA 中,一个Slice中有50%的storage element可以被配置为Latch或者Flip-Flop

LUT(look up table):

查找表本质是一个RAM,将数据事先存储在其中。当输入一个信号后,根据信号所指向的地址进行查表,找出地址对应的内容进行输出。

FF(Flip Flop):

触发器,时钟沿触发,可以存储1bit的数据,是reg的基本存储单位。

结构图如下:

![img](Xilinx FPGA器件结构/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl81MDk4ODIxNA==,size_16,color_FFFFFF,t_70-1734870111617-3.png)

DFF:D类触发器,是边沿触发,属于时序逻辑。(reg就是由DFF组成,一个8位寄存器,用了8个同步的D触发器)

FF的优点:

1、边沿触发,同步设计,不容易受到毛刺的影响。

2、时序分析简单。

缺点:

1、面积比latch大(锁存器==>寄存器)

LATCH:

一种锁存器。电平触发,非同步控制。在使能信号有效时,LATCH相当于通路(en=1,则 output =input);使能信号无效时,LATCH保存不变。(en=0,则output(当前)=output(之前))

![img](Xilinx FPGA器件结构/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl81MDk4ODIxNA==,size_16,color_FFFFFF,t_70.png)

Latch优点:

1、面积比ff小:门电路时构成组合逻辑电路的基础,锁存器和寄存器是时序逻辑电路的基础。构成顺序:晶体管==>门电路==>锁存器==>触发器

2、latch锁存器速度比ff触发器速度快。

缺点:

1、电平触发,非同步设计,受到布线延迟影响大,容易导致输出产生毛刺

clk

fpga clk线路为黄金线路,到各个器件延迟基本相同、时间抖动也很小。

vivado verilog简单逻辑

https://vlab.ustc.edu.cn/guide/doc_simple_timing.html#2-%E9%94%81%E5%AD%98%E5%99%A8%E5%92%8C%E8%A7%A6%E5%8F%91%E5%99%A8


Xilinx FPGA器件结构
http://blog.uanet.cn/EMBEDDED/Xilinx FPGA器件结构.html
作者
dnsnat
发布于
2025年2月13日
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