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FPGA技术按颗粒度分类

发布时间:2008/12/17 0:00:00 访问次数:1519

  逻辑模块规模与元器件的颗粒度相关,而元器件的颗粒度又与模块之间需要完成的布线(路由通道)工作量相关。3种常见的不同颗粒度分类如下:

  ·小颗粒度(pilkington或者“门海(sea of gates)”架构)

  ·中等颗粒度(fpga)

  ·大颗粒度(cpld)

  1.小颗粒度元器件

  由pilkington半导体公司提供的小颗粒度元器件最初得到plessey公司的认可,然后是motorola公司的认可。基本逻辑单元包括一个单一与非门和一个锁存器(请参阅图1)。由于采用与非门可以实现任何二进制逻辑函数,所以与非门被称为通用函数。这一技术连同已经被认可的逻辑合成工具(例如espresso)一起,还应用在门阵列的设计之中。在门阵列的与非门之间布线是采用额外的金属层来实现的。但对于可编程的结构来讲,这就成了一个瓶颈,因为与已经实现的逻辑函数相比,它对布线资源的利用率非常高。此外,构建一个简单的dsp对象就需要大量的与非门。例如:一个高速4位加法器就要用掉大约130个与非门。这使得小颗粒度技术在实现大多数dsp算法时并没有什么吸引力。


  图1 具有10k个与非逻辑模块的plessey era60100结构【8】
(a)基本逻辑模块 (b)布线结构

  2.中等颗粒度元器件

  最为常见的fpga结构如图2(a)所示。图3给出了一个当前中等颗粒度fpga元器件的具体示例。具有代表性的基本逻辑模块是小规模的表(例如:xilinx virtex,具有4位到5位的输入表,1位或者2位的输出)或者由专用的多路复用器(multiplexer,mpx)逻辑来实现,例如:在actel的act-2元器件中的所使用的mpx【9】。布线通道的选择范围是从短到长。带有触发器的可编程i/o模块就附在元器件的物理边缘。


  图2 (a)fpga和(b)cpld的结构

  图3 中等颗粒度元器件的示例

  3.大颗粒度元器件

  在图2(b)中给出了大颗粒度元器件的特性,诸如复杂的可编程逻辑元器件(complexprogrammable logic devices,cpld)。这些复杂的可编程逻辑元器件(cpld)可以定义成是由简单可编程逻辑元器件(simple programmable logic devices,spld)组合而成的,例如:如图4所示的传统gal16v8芯片。这类spld芯片由一个充当与非阵列的可编程逻辑阵列和一个通用i/o逻辑模块组成。通常,cpld中的spld具有8到10个输入端,3到4个输出端,并且支持大约20个乘积项。在这些spld模块之问的宽带总线(altera称之为可编程内连阵列,(programmable interconnect arrays,pias))上有可能存在短暂的延迟。通过将总线与固定的spld时限结合起来就能够提供与cpld之间可预先计算的管脚到管脚之间的短暂延迟。


  图4 gal16v8 (a)8个宏单元中的前3个 (b)输出逻辑宏单元(olmc)

  欢迎转载,信息来自维库电子市场网(www.dzsc.com)



  逻辑模块规模与元器件的颗粒度相关,而元器件的颗粒度又与模块之间需要完成的布线(路由通道)工作量相关。3种常见的不同颗粒度分类如下:

  ·小颗粒度(pilkington或者“门海(sea of gates)”架构)

  ·中等颗粒度(fpga)

  ·大颗粒度(cpld)

  1.小颗粒度元器件

  由pilkington半导体公司提供的小颗粒度元器件最初得到plessey公司的认可,然后是motorola公司的认可。基本逻辑单元包括一个单一与非门和一个锁存器(请参阅图1)。由于采用与非门可以实现任何二进制逻辑函数,所以与非门被称为通用函数。这一技术连同已经被认可的逻辑合成工具(例如espresso)一起,还应用在门阵列的设计之中。在门阵列的与非门之间布线是采用额外的金属层来实现的。但对于可编程的结构来讲,这就成了一个瓶颈,因为与已经实现的逻辑函数相比,它对布线资源的利用率非常高。此外,构建一个简单的dsp对象就需要大量的与非门。例如:一个高速4位加法器就要用掉大约130个与非门。这使得小颗粒度技术在实现大多数dsp算法时并没有什么吸引力。


  图1 具有10k个与非逻辑模块的plessey era60100结构【8】
(a)基本逻辑模块 (b)布线结构

  2.中等颗粒度元器件

  最为常见的fpga结构如图2(a)所示。图3给出了一个当前中等颗粒度fpga元器件的具体示例。具有代表性的基本逻辑模块是小规模的表(例如:xilinx virtex,具有4位到5位的输入表,1位或者2位的输出)或者由专用的多路复用器(multiplexer,m)逻辑来实现,例如:在actel的act-2元器件中的所使用的m【9】。布线通道的选择范围是从短到长。带有触发器的可编程i/o模块就附在元器件的物理边缘。


  图2 (a)fpga和(b)cpld的结构

  图3 中等颗粒度元器件的示例

  3.大颗粒度元器件

  在图2(b)中给出了大颗粒度元器件的特性,诸如复杂的可编程逻辑元器件(complexprogrammable logic devices,cpld)。这些复杂的可编程逻辑元器件(cpld)可以定义成是由简单可编程逻辑元器件(simple programmable logic devices,spld)组合而成的,例如:如图4所示的传统gal16v8芯片。这类spld芯片由一个充当与非阵列的可编程逻辑阵列和一个通用i/o逻辑模块组成。通常,cpld中的spld具有8到10个输入端,3到4个输出端,并且支持大约20个乘积项。在这些spld模块之问的宽带总线(altera称之为可编程内连阵列,(programmable interconnect arrays,pias))上有可能存在短暂的延迟。通过将总线与固定的spld时限结合起来就能够提供与cpld之间可预先计算的管脚到管脚之间的短暂延迟。


  图4 gal16v8 (a)8个宏单元中的前3个 (b)输出逻辑宏单元(olmc)

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