一.查找表(Look-Up-Table)的原理與結構
采用這種結構的PLD芯片我們也可以稱之為FPGA:如xilinx的Spartan,Virtex系列等。
查找表(Look-Up-Table)簡稱為LUT,LUT本質上就是一個RAM。 目前FPGA中多使用4輸入的LUT,所以每一個LUT可以看成一個有4位地址線的16x1的RAM。 當用戶通過原理圖或HDL語言描述了一個邏輯電路以后,PLD/FPGA開發軟件會自動計算邏輯電路的所有可能的結果,並把結果事先寫入RAM,這樣,每輸入一個信號進行邏輯運算就等於輸入一個地址進行查表,找出地址對應的內容,然后輸出即可。下面是一個4輸入與門的例子:
二.基於查找表(LUT)的FPGA的結構
我們看一看xilinx Spartan-II的內部結構,如下圖:
xilinx Spartan-II 芯片內部結構
Slices結構
三.查找表結構的FPGA邏輯實現原理
我們還是以這個電路的為例:
A,B,C,D由FPGA芯片的管腳輸入后進入可編程連線,然后作為地址線連到到LUT,LUT中已經事先寫入了所有可能的邏輯結果,通過地址查找到相應的數據然后輸出,這樣組合邏輯就實現了。 該電路中D觸發器是直接利用LUT后面D觸發器來實現。時鍾信號CLK由I/O腳輸入后進入芯片內部的時鍾專用通道,直接連接到觸發器的時鍾端。觸發器的輸出與I/O腳相連,把結果輸出到芯片管腳。這樣PLD就完成了圖3所示電路的功能。(以上這些步驟都是由軟件自動完成的,不需要人為干預)
這個電路是一個很簡單的例子,只需要一個LUT加上一個觸發器就可以完成。對於一個LUT無法完成的的電路,就需要通過進位邏輯將多個單元相連,這樣FPGA就可以實現復雜的邏輯。
由於LUT主要適合SRAM工藝生產,所以目前大部分FPGA都是基於SRAM工藝的,而SRAM工藝的芯片在掉電后信息就會丟失,一定需要外加一片專用配置芯片,在上電的時候,由這個專用配置芯片把數據加載到FPGA中,然后FPGA就可以正常工作,由於配置時間很短,不會影響系統正常工作。 也有少數FPGA采用反熔絲或Flash工藝,對這種FPGA,就不需要外加專用的配置芯片。



