邏輯單元在FPGA器件內(nèi)部，用于完成用戶邏輯的最小單元

邏輯單元在ALTERA叫作（Logic Element，LE）LE，在XILNX中叫作LC(LOGIC CELL).

1.邏輯單元與邏輯陣列

邏輯單元（Logic Element，LE）在FPGA器件內(nèi)部，用于完成用戶邏輯的最小單元。一個(gè)邏輯陣列包含16個(gè)邏輯單元以及一些其他資源， 在一個(gè)邏輯陣列內(nèi)部的16個(gè)邏輯單元有更為緊密的聯(lián)系，可以實(shí)現(xiàn)特有的功能。

一個(gè)邏輯單元主要由以下部件組成：一個(gè)四輸入的查詢表(LookUp Table，LUT)，一個(gè)可編程的寄存器，一條進(jìn)位鏈，一條寄存器級(jí)連鏈。

1、查詢表：用于完成用戶需要的邏輯功能，CYCLONEⅡ系列的查詢表是4輸入1輸出的，可以完成任意4輸入1輸出的組合邏輯。

2、可編程寄存器：可以配置成D觸發(fā)器，T觸發(fā)器，JK觸發(fā)器，SR觸發(fā)器。每個(gè)寄存器包含4個(gè)輸入信號(hào)，數(shù)據(jù)輸入、時(shí)鐘輸入、時(shí)鐘使能、復(fù)位輸入。

一個(gè)邏輯單元包含3個(gè)輸出，兩個(gè)用于驅(qū)動(dòng)行連接、列連接、直接連接，另外一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)本地互聯(lián)。這三個(gè)輸出是相互獨(dú)立的。輸出信號(hào)可以來(lái)自于查詢表也可以來(lái)自于寄存器。

一個(gè)LE主要由兩部分組成：查找表LUT+可編程寄存器

1.本地互連通路

是邏輯陣列的重要組成部分，芯片級(jí)設(shè)計(jì)思路上的考慮與節(jié)省我們就不討論，從實(shí)際運(yùn)用出發(fā)，直接看看這個(gè)互連通路是干什么用的。本地互連通路提供了一種邏輯陣列內(nèi)部的連接方式， 邏輯陣列內(nèi)部還包含一種對(duì)外的高速連接通路，稱之為直接連接通路。

直接連接通路連接的是相鄰的邏輯陣列，或者與邏輯陣列相鄰的M4K存儲(chǔ)器塊、乘法器、鎖相環(huán)等。

CYCLONEⅡ系列FPGA的邏輯單元有兩種工作模式：普通模式和算數(shù)模式。普通模式適合于一般的邏輯運(yùn)算。算數(shù)模式適用于實(shí)現(xiàn)加法器、計(jì)數(shù)器、累加器、比較器等。

邏輯陣列的主體是16個(gè)邏輯單元，另外還有一些邏輯陣列內(nèi)部的控制信號(hào)以及互連通路。前面所講的互聯(lián)通路和直接連接通路就是邏輯陣列中的部分。

邏輯陣列還包括一些控制信號(hào)：兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，兩個(gè)時(shí)鐘使能信號(hào)，兩個(gè)異步復(fù)位信號(hào)，一個(gè)同步復(fù)位信號(hào)，一個(gè)同步加載信號(hào)。

2.內(nèi)部連接通路

在FPGA內(nèi)部存在各種連接通路，連接不同的模塊，比如邏輯單元之間、邏輯單元與存儲(chǔ)器之間。FPGA內(nèi)部資源是按照行列的形式排列的，所以連接通路也分為行列的。行連接又分為R4連接、R24連接和直接連接。R4連接就是連接4個(gè)邏輯陣列，或者3個(gè)邏輯陣列和1個(gè)存儲(chǔ)塊， 或者3個(gè)邏輯陣列和1個(gè)乘法器。簡(jiǎn)單地說(shuō)就是連接4個(gè)模塊吧。R24就是24個(gè)模塊。列連接是C4，C16，含義不用說(shuō)了吧，是連接4個(gè)模塊和16個(gè)模塊。

ALTERA的LE內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖

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審核編輯：湯梓紅