Xilinx逻辑单元-ug474笔记

一、CLB

1.1 CLB简介

CLB的全称为CLB，是实现顺序和组合逻辑的主要逻辑单元，提供高性能的FPGA逻辑，每个CLB包含两片Slice，每个CLB都连接到一个开关矩阵，如下图所示：

既然CLB是由两片Slice构成的，那么了解Slice的属性即可了解CLB的功能，CLB中两个Slice之间没有互连线，分属于两个不同的列，每列拥有独立的快速进位链资源。每个Slice中包含（page of 16-18）：

i、4个6输入的LUT（查找表），查找表本质上就是一个RAM，它把数据事先写入RAM，每当输入一个信号就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容，然后输出。

ii、8位寄存器

iii、进位链

iv、多路选择器

2、Slice结构

作为CLB的基本单元，Slice分为SliceL和SliceM两种类型，SliceL即Slice of Logice，可用于产生逻辑、算数、rom等。SliceM算是SliceL的升级版，除了具有SliceL的功能之外还可以配置成64bit分布式RAM（64bit Distributed RAM）或16/32位的移位寄存器。每个CLB包含两个SliceL或者一个SliceL+一个SliceM。Slices中SliceL占比大概是2/3，剩下的是SliceM。

SliceL结构图：

可以从SliceL的结构图中看到其中包含8个寄存器（中右）、4个6输入LUT、进位链、多路选择器等。

SliceM结构图：

下图为CLB的逻辑资源，注意SliceL不含有分布式RAM与触发寄存器：

3、LUT（page of 21）

7系列每个Slice中含有4个6输入查找表（A、B、C and D），每个查找表的6输入（A1-A6）是独立的，且每个LUT包含两个独立的输出（O5-O6），LUT的使用分为6-input模式和5-input模式。

6输入模式：A1-A6作为输入，O6输出。

5输入模式：A1-A5作为输入，A6高电平驱动，O5与O6输出。

3.1 复用器

除了LUT的基本功能外，Slice还有三总多路复用器，F7AMUX、F7BMUX、F8MUX，这些多路复用器用于组合最多四个函数生成器，在一个片中提供7个或者8个输入的任何函数。F7AMUX连接的是LUT A、B，F7BMUX连接的是LUT C、D。F8MUX连接四个LUT。

3.2 存储单元

每片Slice中包含8个存储单元，其中4个可以配置为边沿触发的D触发器或者低电平有效的锁存器（意思应该是在低电平时数据锁存吧），D触发器模式的的输入可以是同一Slice的复用器输出，也可以是其他Slice的数据输入。当存储单元配置为锁存器时，低电平锁存数据。

另外4中存储单元只能边沿触发的D触发器，当上述的四个存储器都配置为锁存器时，这四个存储单元被禁用。

控制信号：

控制时钟CLK、时钟使能信号CE，置位/复位SR，对于同一Slice的所有存储单元是通用的，CE与SR信号高有效。

SliceM可以配置成分布式RAM，一个SliceM中的多个LUT可以以多种方式组合在一起存储更多的数据，把多输入的地址当成输入，通过查表的形式得到逻辑输出。一个SliceM可以配置成以下形式：

Note：

32x1bit，x前面数字代表的是RAM深度，后面的数字代表数据宽度。

For example：

512x16bit，代表RAM读写时以16bit为数据单元来进行，最多可存储32个。 也就是WA地址线的2的n次方。

分布式RAM和Block Rom的选择一般遵循以下规则：

（1）、小于或等于64bit容量的都使用分布式RAM实现

（2）、深度在64~128bit之间的，如果没有额外的Block RAM可用分布式RAM

（3）、分布式RAM比Block RAM具有更好的性能，分布式RAM在专门的逻辑资源CLB中，而Block在专门的存储器阵列中，会产生较大的布线延迟，布局也受制约。

3.3 进位链

每个Slice都有4bit的进位链，每个bit都由一个MUX和一个异或门组成，可以在实现加减法时产生进位逻辑，加快运算速度，也可产生一般逻辑。