电子技术基础 数字部分(第六版) ：ch08-2 现场可编程门阵列(FPGA)

1、8.2 现场可编程门阵列现场可编程门阵列(FPGA)8.2.1 FPGA实现逻辑功能的基本原理实现逻辑功能的基本原理8.2.2 FPGA结构简介结构简介8.2现场可编程门阵列现场可编程门阵列(FPGA) CPLD用可编程用可编程“与与-或或”阵列实现逻辑函数。编程基阵列实现逻辑函数。编程基于于E2PROM或快闪存储器。或快闪存储器。 FPGA是用查找表是用查找表(LUT)实现逻辑函数。复杂函数使用实现逻辑函数。复杂函数使用众多的众多的LUT和触发器实现。编程基于和触发器实现。编程基于SRAM。 某函数某函数 L 的真值表的真值表 A B L 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1

2、0 1 1 Y=L S0 S1 01 10 11 A B 实现实现 L 的的 LUT 编程编程 M0 M1 M2 M3 00 Y S0 S1 01 10 11 2 输入 LUT 8.2.1 FPGA实现逻辑功能的基本原理实现逻辑功能的基本原理 LUT是是FPGA实现逻辑函数的基本单元。实现逻辑函数的基本单元。2输入输入LUT可实现可实现任意任意2变量组合逻辑函数。变量组合逻辑函数。4个个SRAM存储单元存储单元 目前目前FPGA中的中的LUT大多是大多是45个输入，个输入，1个输出。当变量个输出。当变量数超过一个数超过一个LUT的输入数时，需要将多个的输入数时，需要将多个LUT扩展使用。扩展使

3、用。 LUT扩展扩展-用用2输入输入LUT实现函数实现函数21FFCBABF A B F1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 B C F2 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 F1 F2 F 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 函数 F 的真值表 B C 0 1 0 0 F2 F1 F2 0 1 1 1 F B A C F A B 0 0 0 1 F1 已编程 FPGA 的一部分 F1=ABF2=BCF=F1+F2 在在LUT的基础上增加触发器便可实现时序电路。的基础上增加触发器便可实现时序电路。8.2.2 FPGA结构简介结构简介 FPGA包括：可编程逻

4、辑块、可编程互联开关、可编程包括：可编程逻辑块、可编程互联开关、可编程I/O模块。模块。 I/O 块 I/O 块 I/O块 I/O块 逻辑块逻辑块互联互联开关开关I/O1. 可编程逻辑块可编程逻辑块4输入输入LUTD触发器触发器可编程数据可编程数据选择器选择器 G-LUT BY SR CLK CE Q0 F-LUT D EC Rd Q Sd I4 I3 I2 I1 O I4 I3 I2 I1 O FFX Q1 0Q D EC Rd Q Sd FFY 0101QQQQ 0 1 1 0 1 0 逻辑块编程实现 2 位二进制计数器 Q1nQn0Q1n+1(D1) Q0n+1(D0 )00010110101111002位二进制状态转换表位二进制状态转换表0001011 QDQQQQD 得用可编程逻辑块实现用可编程逻辑块实现2位二进制计数器。位二进制计数器。2. I/O块块输出输出控制控制输入输入将引脚编程为输入、输出和双向功能。将引脚编程为输入、输出和双向功能。3. 可编程连线资源可编程连线资源可编程开关实现逻辑块与逻辑块之间，逻辑块与连线之可编程开关实现逻辑块与逻辑块之间，逻辑块与连线之间，逻辑块与间，逻辑块与I/O之间等的连接。之间等的连接。 纵向连线 M 横向连线 横向