FPGA入門(mén)知識

　　3. 數字時(shí)鐘管理模塊(DCM)

　　業(yè)內大多數FPGA均提供數字時(shí)鐘管理(Xilinx的全部FPGA均具有這種特性)。Xilinx推出最先進(jìn)的FPGA提供數字時(shí)鐘管理和相位環(huán)路鎖定。相位環(huán)路鎖定能夠提供精確的時(shí)鐘綜合，且能夠降低抖動(dòng)，并實(shí)現過(guò)濾功能。

　　4. 嵌入式塊RAM(BRAM)

　　大多數FPGA都具有內嵌的塊RAM，這大大拓展了FPGA的應用范圍和靈活性。塊RAM可被配置為單端口RAM、雙端口RAM、內容地址存儲器 (CAM)以及FIFO等常用存儲結構。RAM、FIFO是比較普及的概念，在此就不冗述。CAM存儲器在其內部的每個(gè)存儲單元中都有一個(gè)比較邏輯，寫(xiě)入 CAM中的數據會(huì )和內部的每一個(gè)數據進(jìn)行比較，并返回與端口數據相同的所有數據的地址，因而在路由的地址交換器中有廣泛的應用。除了塊RAM，還可以將 FPGA中的LUT靈活地配置成RAM、ROM和FIFO等結構。在實(shí)際應用中，芯片內部塊RAM的數量也是選擇芯片的一個(gè)重要因素。

　　單片塊RAM的容量為18k比特，即位寬為18比特、深度為1024，可以根據需要改變其位寬和深度，但要滿(mǎn)足兩個(gè)原則：首先，修改后的容量(位寬 深度)不能大于18k比特;其次，位寬最大不能超過(guò)36比特。當然，可以將多片塊RAM級聯(lián)起來(lái)形成更大的RAM，此時(shí)只受限于芯片內塊RAM的數量，而 不再受上面兩條原則約束。

　　5. 豐富的布線(xiàn)資源

　　布線(xiàn)資源連通FPGA內部的所有單元，而連線(xiàn)的長(cháng)度和工藝決定著(zhù)信號在連線(xiàn)上的驅動(dòng)能力和傳輸速度。FPGA芯片內部有著(zhù)豐富的布線(xiàn)資源，根據工藝、長(cháng)度、寬度和分布位置的不同而劃分為4類(lèi)不同的類(lèi)別。第一類(lèi)是全局布線(xiàn)資源，用于芯片內部全局時(shí)鐘和全局復位/置位的布線(xiàn);第二類(lèi)是長(cháng)線(xiàn)資源，用以完成芯片 Bank間的高速信號和第二全局時(shí)鐘信號的布線(xiàn);第三類(lèi)是短線(xiàn)資源，用于完成基本邏輯單元之間的邏輯互連和布線(xiàn);第四類(lèi)是分布式的布線(xiàn)資源，用于專(zhuān)有時(shí)鐘、復位等控制信號線(xiàn)。

　　在實(shí)際中設計者不需要直接選擇布線(xiàn)資源，布局布線(xiàn)器可自動(dòng)地根據輸入邏輯網(wǎng)表的拓撲結構和約束條件選擇布線(xiàn)資源來(lái)連通各個(gè)模塊單元。從本質(zhì)上講，布線(xiàn)資源的使用方法和設計的結果有密切、直接的關(guān)系。

　　6. 底層內嵌功能單元

　　內嵌功能模塊主要指DLL(Delay Locked Loop)、PLL(Phase Locked Loop)、DSP和CPU等軟處理核(SoftCore)?，F在越來(lái)越豐富的內嵌功能單元，使得單片FPGA成為了系統級的設計工具，使其具備了軟硬件聯(lián)合設計的能力，逐步向SOC平臺過(guò)渡。

　　DLL和PLL具有類(lèi)似的功能，可以完成時(shí)鐘高精度、低抖動(dòng)的倍頻和分頻，以及占空比調整和移相等功能。Xilinx公司生產(chǎn)的芯片上集成了 DLL，Altera公司的芯片集成了PLL，Lattice公司的新型芯片上同時(shí)集成了PLL和DLL。PLL 和DLL可以通過(guò)IP核生成的工具方便地進(jìn)行管理和配置。DLL的結構如圖1-5所示。

　　圖1-5 典型的DLL模塊示意圖

　　典型的DLL模塊示意圖

　　7. 內嵌專(zhuān)用硬核

　　內嵌專(zhuān)用硬核是相對底層嵌入的軟核而言的，指FPGA處理能力強大的硬核(Hard Core)，等效于A(yíng)SIC電路。為了提高FPGA性能，芯片生產(chǎn)商在芯片內部集成了一些專(zhuān)用的硬核。例如：為了提高FPGA的乘法速度，主流的FPGA 中都集成了專(zhuān)用乘法器;為了適用通信總線(xiàn)與接口標準，很多高端的FPGA內部都集成了串并收發(fā)器(SERDES)，可以達到數十Gbps的收發(fā)速度。

　　Xilinx公司的高端產(chǎn)品不僅集成了Power PC系列CPU，還內嵌了DSP Core模塊，其相應的系統級設計工具是EDK和Platform Studio，并依此提出了片上系統(System on Chip)的概念。通過(guò)PowerPC、Miroblaze、Picoblaze等平臺，能夠開(kāi)發(fā)標準的DSP處理器及其相關(guān)應用，達到SOC的開(kāi)發(fā)目的。