与Max对话:更高级的FPGA架构

2012-06-06 11:07:36来源: EETREND
在前期的“与Max 对话”栏目中,我们研究在可编程互连中包含逻辑孤岛(可编程逻辑块)的FPGA 的最基本结构。每个可编程块包括一个或一个以上的查找表(LUT),以及其他数字功能如多路传输和注册表。 (参见:Ask Max: 简单 FPGA 的规律有哪些?。)

赛灵思(本网站的赞助商)于1985 年最早介绍FPGA XC2064。 这包括8 ×8 逻辑阵列块,每块包括4 位LUT 以及其他简单功能。 由于功能有限,早期FPGA 只应用于相对简单的任务,如收集粘合逻辑,或执行简单的基本状态操作http://en.wikipedia.org/wiki/Glue_logic。时过境迁,情况有所变化。

更为高端的FPGA 架构
按照年份和节点(我们会在以后的栏目里讨论技术节点),FPGA 增加了功能和性能,同时能耗降低了。

在大约2006 年之前,还是广泛使用4 位LUT。 实事上,最小的FPGA 系列使用4 位LUT,但高端器件可使用6 位LUT、7 位LUT 或8 位LUT。 这些FPGA 可使用单一LUT 或分成较小的功能,如两个4 位LUT 或3 位LUT、5 位LUT。 真正高端的器件中,可编程架构能够表示数百万个(有时好几千万个)原始逻辑门。

如果逻辑功能,也就是计数器,可使用FPGA 可编程架构执行,其功能是软件功能。经过对比,如果一个功能可在芯片上执行,其功能是硬件功能。由于这些功能越来越大,更为复杂,我们称其为核心功能。软核的好处是可以设计你需要的任何程序。硬核的好处是占用较小的芯片,提供较高性能,占用较少的功耗。可选的解决方案是使用多个软核(在可编程架构中执行)和硬核(直接在芯片上执行)。因此,除了基于LUT 的可编程架构,目前FPGA 增加至如下所示的硬核:

533 更高级 FPGA 架构

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

例如,该器件可包括数千个加法器、乘法器和数字信号处理(DSP) 功能;兆位的晶载内存;大量的高速串口互连(SERDES) 收发器模块,大量的其他函数。

我在All Programmable Planet 上的 最早栏目里写道:“FPGA 这个名称不再代表目前可编程器件的功能和性能。”在那个栏目中,我还写道我们需要跟进包含目前最先进工具和技术的最新术语。我想你不会奇怪我讨论一些按期未来的技术状态。

嵌入式处理器的FPGA
这是FPGA 技术真正精彩之处。 可在FPGA 使用一部分常规可编程架构执行一个或一个以上的软处理器核心。 当然同时可执行不同尺寸的处理器。 例如可在同一器件中设计一个或一个以上8 位处理器以及一个或一个以上16 位或32 位处理器。

如果FPGA 客户希望提供更高性能处理器,占用较少芯片,能耗更少,解决方案是将FPGA 作为硬核设计,所有这些将带我们至……未来的情况还需问Max 栏目(大笑)。

您对这个栏目是否还有其他问题? 如果有,请在留言里进行说明。 另提醒您可搜索"Ask Max",迅速查找这个系统话题的其他内容。

关键字:FPGA  Xilinx

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2012/0606/article_2959.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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