电子发烧友网 > 可编程逻辑 > 正文

关于Xilinx FPGA内部体系结构的分析

2020年01月10日 15:39 次阅读

(文章来源:墨尘)

Xilinx的FPGA的基本结构是一样的,主要由6部分组成,分别为可编程输入/输出单元、基本可编程逻辑单元、嵌入式块RAM、丰富的布线资源、底层嵌入功能单元和内嵌专用硬核等。

但随着半导体工艺的发展,FPGA的逻辑容量越来越丰富,速度更快,嵌入越来越多的硬核了,比如:ARM处理器,PCIe, ETHERNET等。在制程工艺上,Xilinx的7系列FPGA采用28 nm工艺,UltraScale采用20nm, UltraScale+ 采用16nm,每一代工艺的可用资源,比上一代就翻了一倍。

Xilinx的FPGA是基于SRAM的查找表(LUT look up table)技术,所以需要上电后重新配置。从外部非易失性存储器中读数,通过配置控制器加载到内部配置SRAM 中。可编程I/O支持不同的IO引脚配置:IO标准、单端或差分、电压转换速率和输出强度、上拉或者下拉电阻、数控阻抗(DCI),可以使用IODELAY元件做输出延迟。

可配置逻辑块是指实现各种逻辑功能的电路,是xilinx基本逻辑单元。在Xilinx FPGA中,每个可配置逻辑块包含2个Slice。每个Slice 包含查找表、寄存器、进位链和多个多数选择器构成。而Slice又有两种不同的逻辑片:SLICEM和SLICEL。SLICEM有多功能的LUT,可配置成移位寄存器,或者ROM和RAM。逻辑片中的每个寄存器可以配置为存器使用。

布线资源用来连通FPGA内部的所有单元,而连线的长度和工艺决定着信号在连线上的驱动能力和传输速度。FPGA芯片内部有着丰富的布线资源,根据工艺、长度、宽度和分布位置不同而划分为4类不同的类别。

关于Xilinx FPGA内部体系结构的分析

第一类是全局布线资源,用于芯片内部全局时钟和复位/置位的布线;第二类是长线资源,用于完成Bank间的高速信号;第三类是短线资源,用于完成基本逻辑单元之间的逻辑互联和布线;第四类是分布式布线资源,用于专有时钟、复位等控制信号线

时钟资源分为全局时钟资源、区域时钟资源和I/O时钟资源。(1)全局时钟网络是一种全局布线资源,它可以保证时钟信号到达各个目标逻辑单元的时延基本相同。(2) 区域时钟网络是一组独立于全局时钟网络的时钟网络。(3) I/O时钟资源可用于局部I/O串行器/解串器电路设计。对于源同步接口设计尤其有用。

Xilinx FPGA的嵌入式存储器有两种类型:专用Block RAM(BRAM)和可配置成为分布式RAM的LUT。BRAM(Block RAM)是双端口的RAM,数量因器件而定,每个Virtex-4 BRAM 可存储18Kbit的数据,支持同步读写操作,两个端口对称且完全独立,共享数据,每个端口可以根据需要改变其位宽和深度。BRAM可以配置为单端口RAM、双端口RAM、内容可寻址存储器(CAM)以及FIFO等。BRAM提供专用的控制逻辑实现同步/异步FIFO,其中的控制逻辑如计数器,比较器和状态标记等不会占用额外的CLB资源。

在FIFO模式下,BRAM的端口A是读端口,端口B是写端口。对数据流操作是自动的,用户不必关心BRAM的编址顺序,当特殊应用需要时引出WRCOUNT和RDCOUNT。用户需要检测FULL和EMPTY标记。可以设置这两个标记值,将其配置到FIFO地址段内的任何位置。

FPGA除以上的资源和功能模块外,还有时钟管理(MMCM):数字时钟管理模块(DCM)与相位匹配时钟分频器(PCMD),DSP模块等。 DSP模块可提供高性能、低功耗的运算单元。它能够实现乘法-累加单元。还提供了专用的收发器模块,实现串行器/解串器(SerDes)功能,比如RocketIO模块,以太网模块(Ethernet MAC)模块,ARM核。

总之,随着FPGA的内部资源会变得越来越丰富,不仅在原来的在网络、电信、医疗、工业等多个领域有广泛的应用,而且在数据中心,云计算等新领域中进一步开疆拓土。
       (责任编辑:fqj)

下载发烧友APP

打造属于您的人脉电子圈

关注电子发烧友微信

有趣有料的资讯及技术干货

关注发烧友课堂

锁定最新课程活动及技术直播

电子发烧友观察

一线报道 · 深度观察 · 最新资讯
收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

小梅哥FPGA设计思想与验证方法视频教程

刚刚录制了一个fpga开发流程的视频,该视频为投石问路,主要是想听听大家对于小梅哥在录制视频时需要注意的内容以及希望系列
发烧友学院发表于 2016-03-24 00:00 37952次阅读
小梅哥FPGA设计思想与验证方法视频教程

关于异构计算FPGA基础知识的详细介绍

随着云计算,大数据和人工智能技术应用,单靠 CPU 已经无法满足各行各业的算力需求。
发表于 2020-01-13 15:15 0次阅读
关于异构计算FPGA基础知识的详细介绍

【高手问答】资深工程师为你解答工程与产品设计上的...

本期我们邀请到了资深工程师白纪龙@白老大大,也是许多坛友熟知的白老师,他将为我们解答大家在PCB设计....
发表于 2020-01-13 09:39 0次阅读
【高手问答】资深工程师为你解答工程与产品设计上的...

【雨的FPGA笔记】基础实践-------呼吸灯设计和实现

呼吸灯设计和实现 内容 一个周期为1s的呼吸灯,从熄灭到完全点亮一共需要1s。 将1s分为1000个1ms作为呼吸...
发表于 2020-01-12 19:50 132次阅读
【雨的FPGA笔记】基础实践-------呼吸灯设计和实现

如何简单快速的实现嵌入式FPGA

Achronix Semiconductor 营销副总裁 Steve Mensor 表示,这款被称为....
发表于 2020-01-12 10:56 271次阅读
如何简单快速的实现嵌入式FPGA

如何用FPGA测量数字正弦波的频率?

如何用FPGA测量数字正弦波的频率
发表于 2020-01-11 22:27 165次阅读
如何用FPGA测量数字正弦波的频率?

【雨的FPGA笔记】基础实践-------按键控制LED和BEEP设计和实现

设计内容        按KEY0时点亮最右边的灯,按动按键KEY1时依次往左移动,按下KEY2时关...
发表于 2020-01-11 12:47 54次阅读
【雨的FPGA笔记】基础实践-------按键控制LED和BEEP设计和实现

【雨的FPGA笔记】基础实践-------流水灯设计和实现

设计内容        将4个LED每隔1s从左往右分别依次点亮熄灭,形成流水状。按复位键时进行复...
发表于 2020-01-11 11:07 286次阅读
【雨的FPGA笔记】基础实践-------流水灯设计和实现

FPGA的行业优势以及它与DSP的区别分析

FPGA的优势有三个方面:1)通信高速接口设计。FPGA可以用来做高速信号处理,一般如果AD采样率高....
发表于 2020-01-10 15:46 121次阅读
FPGA的行业优势以及它与DSP的区别分析

hdmi矩阵切换器采用FPGA纯硬件架构方案

hdmi矩阵切换器在众多的领域中有着广泛的运用,对于不同的运用场合和需求,有着许多不同的方案,而dm....
发表于 2020-01-10 15:43 104次阅读
hdmi矩阵切换器采用FPGA纯硬件架构方案

如何用乘加器(mac)实现150个数平方和?

这个模块是music算法中的协方差矩阵中的一部分。输入的150个数是16位的,得到的结果是32位。 自己也写了代码可是结果...
发表于 2020-01-10 10:57 321次阅读
如何用乘加器(mac)实现150个数平方和?

深维科技荣获北航全球创新创业大赛二等奖

经过初赛、复赛的激烈对决和层层选拔,深维科技参赛项目“超高性能数据中心FPGA异构计算加速解决方案”....
发表于 2020-01-10 09:28 76次阅读
深维科技荣获北航全球创新创业大赛二等奖

【雨的FPGA笔记】基础知识-------构成

经典的岛型结构 FPGA由三个部分构成:实现逻辑电路的逻辑块(LB)、与外部进行信号输入/输出的I/O块(...
发表于 2020-01-09 11:01 968次阅读
【雨的FPGA笔记】基础知识-------构成

FPGA新手

学了二三个月,但是总是感觉学的不行。请问应该怎么学呢,写代码没有思路...
发表于 2020-01-08 19:37 197次阅读
FPGA新手

LVDS技术的应用优势及基于FPGA实现远端显示...

LVDS接口又称RS-644总线接口,是20世纪90年代出现的一种数据传输和接口技术。LVDS是一种....
发表于 2020-01-08 16:40 511次阅读
LVDS技术的应用优势及基于FPGA实现远端显示...

帧同步系统的工作原理及如何基于FPGA实现其设计

实现帧同步的关键是把同步码从一帧帧数据流中提取出来。本设计的一帧信码由39位码元组成。其中的巴克码为....
发表于 2020-01-08 16:30 1366次阅读
帧同步系统的工作原理及如何基于FPGA实现其设计

英特尔新发布Stratix 10,为可编程四核A...

FPGA在高度并行、大吞吐量数字信号处理(DSP)应用方面享有很好的声誉。过去几代FPGA器件一直稳....
发表于 2020-01-08 15:32 270次阅读
英特尔新发布Stratix 10,为可编程四核A...

FPGA的复位设计分析(Verilog HDL与RTL图)

复位的目的复位的基本目的是使器件进入到可以稳定工作的确定状态,这避免了器件在上电后进入到随机状态导致跑飞了。在...
发表于 2020-01-08 06:00 368次阅读
FPGA的复位设计分析(Verilog HDL与RTL图)

FPGA的发展瓶颈有哪些,该如何解决

据Semico统计,FPGA市场正在逐年增长,而复合年均增长率高达38.4%,至2023年将具有55....
发表于 2020-01-07 15:23 148次阅读
FPGA的发展瓶颈有哪些,该如何解决

FPGA和GPU在深度神经网络方面谁更胜一筹

在今天的大数据时代,企业和消费者被各种来源的海量数据淹没,包括商业交易、社交媒体以及传感器或机器对机....
发表于 2020-01-07 15:08 241次阅读
FPGA和GPU在深度神经网络方面谁更胜一筹

FPGA中面积换速度该如何去实现

在FPGA中,如果要将一个采样率为480MHz,中频频率为302.5MHz的信号变频到零中频的基带信....
发表于 2020-01-07 14:45 82次阅读
FPGA中面积换速度该如何去实现

安路科技文余波:站在历史的关口,国产FPGA当自...

安路科技总经理文余波在接受采访时表示,安路科技能在FPGA市场上实现过亿的销售,证明了公司一直以来强....
发表于 2020-01-07 13:59 109次阅读
安路科技文余波:站在历史的关口,国产FPGA当自...

FPGA实现数据采集的方式对比(传统串口、数据采集卡及外设计接口)

数据采集在现代工业生产及科学研究中的重要地位日益突出,对实时高速数据采集的要求也不断提高。在信号测量、图像处理...
发表于 2020-01-07 07:00 865次阅读
FPGA实现数据采集的方式对比(传统串口、数据采集卡及外设计接口)

请问sdram中ref_timer计数器的值的问题?

程序中第一个always块中的9位计数器ref_timer计数到0之后,会重新回到511,等到再被调用的时候,从设定计数值递减。而...
发表于 2020-01-06 20:06 249次阅读
请问sdram中ref_timer计数器的值的问题?

英特尔Stratix 10 GX 10M FPG...

现场可编程门阵列(FPGA)的优势就是能够制造功能强大的芯片,可重复单元设计的性质,能够吸收工艺技术....
发表于 2020-01-06 15:31 83次阅读
英特尔Stratix 10 GX 10M FPG...

FPGA和GPU的市场竞争,谁才是未来的大局所向

一直以来,FPGA 的主要应用领域是电子工程。但当英特尔完成对 Altera(Altera 是最大的....
发表于 2020-01-06 15:26 93次阅读
FPGA和GPU的市场竞争,谁才是未来的大局所向

介绍FPGA中testbench的编写技巧

原来模块中的输入信号,定义成reg 类型,原来模块中的输出信号,定义为wire类型,但这里有个问题,....
发表于 2020-01-06 14:52 93次阅读
介绍FPGA中testbench的编写技巧

高云半导体成功量产Always-On超低功耗GW...

高云半导体基于超低功耗的非易失FPGA GW1NZ-ZV器件现已全面量产,此产品是迄今为止功耗最低的....
发表于 2020-01-06 10:29 171次阅读
高云半导体成功量产Always-On超低功耗GW...

开年集结令丨四站Arm SoC开发技术研讨会强势...

SoC设计是一个复杂的过程,从架构定义、系统集成、功耗管理、软硬件交互和软件优化等的上层设计,再到S....
发表于 2020-01-02 16:54 184次阅读
开年集结令丨四站Arm SoC开发技术研讨会强势...

基于FPGA技术的RFID板的标签有什么不一样的

射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID)技术是一种新兴的非接触....
发表于 2020-01-02 16:38 126次阅读
基于FPGA技术的RFID板的标签有什么不一样的

随着数据中心的多样化需求 FPGA凭借其灵活性逐...

随着 5G 、AI、云计算、物联网、自动驾驶等新兴技术的快速演进,全球数据正呈指数级增长并呈海量聚焦....
发表于 2020-01-02 13:43 118次阅读
随着数据中心的多样化需求 FPGA凭借其灵活性逐...