FPGA开发全攻略连载之五：FPGA主要功能模块介绍(1) 寄存器, 开发, 连载, 技术, 接口

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每个模块的功能如下：
1． 可编程输入输出单元(IOB)
可编程输入/ 输出单元简称I/O 单元，是芯片与外界电路的接口部分，完成不同电气特性下对输入/ 输出信号的驱动与匹配要求，其示意结构如图2-4 所示。FPGA 内的I/O 按组分类，每组都能够独立地支持不同的I/O标准。通过软件的灵活配置，可适配不同的电气标准与I/O 物理特性，可以调整驱动电流的大小，可以改变上、下拉电阻。目前，I/O 口的频率也越来越高，一些高端的FPGA 通过DDR 寄存器技术可以支持高达2Gbps 的数据速率。


图2-4 IOB内部结构
外部输入信号可以通过IOB 模块的存储单元输入到FPGA 的内部，也可以直接输入FPGA 内部。当外部输入信号经过IOB 模块的存储单元输入到FPGA 内部时，其保持时间(Hold Time) 的要求可以降低，通常默认为0。为了便于管理和适应多种电器标准，FPGA 的IOB 被划分为若干个组(bank)，每个bank 的接口标准由其接口电压VCCO 决定，一个bank 只能有一种VCCO，但不同bank 的VCCO 可以不同。只有相同电气标准的端口才能连接在一起，VCCO 电压相同是接口标准的基本条件。
2．可配置逻辑块(CLB)
CLB 是FPGA 内的基本逻辑单元。CLB 的实际数量和特性会依器件的不同而不同，但是每个CLB 都包含一个可配置开关矩阵，此矩阵由4 或6 个输入、一些选型电路( 多路复用器等) 和触发器组成。 开关矩阵是高度灵活的，可以对其进行配置以便处理组合逻辑、移位寄存器或RAM。在赛灵思公司公司的FPGA 器件中，CLB 由多个( 一般为4 个或2 个) 相同的Slice 和附加逻辑构成，如图2-5 所示。每个CLB 模块不仅可以用于实现组合逻辑、时序逻辑，还可以配置为分布式RAM 和分布式ROM。


图2-5 典型的CLB结构示意图
Slice 是赛灵思公司公司定义的基本逻辑单位，其内部结构如图2-6 所示，一个Slice 由两个4 输入的函数、进位逻辑、算术逻辑、存储逻辑和函数复用器组成。


图2-6 典型的4输入Slice结构示意图
算术逻辑包括一个异或门(XORG) 和一个专用与门(MULTAND)，一个异或门可以使一个Slice 实现2bit 全加操作，专用与门用于提高乘法器的效率；进位逻辑由专用进位信号和函数复用器(MUXC) 组成，用于实现快速的算术加减法操作；4 输入函数发生器用于实现4 输入LUT、分布式RAM 或16 比特移位寄存器(Virtex-5 系列芯片的Slice 中的两个输入函数为6 输入，可以实现6 输入LUT 或64 比特移位寄存器) ；进位逻辑包括两条快速进位链，用于提高CLB 模块的处理速度。