FPGA技术按颗粒度分类
出处:huihongco 发布于:2008-12-11 15:39:49
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
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)
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