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FPGA学习之Cyclone器件资源结构知识介绍.docx

发布时间：2022-06-03 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.97M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    FPGA学习之Cyclone器件资源结构知识介绍
    因为下周将进行RAM核调用及系统设计学习，这周结束我就先参考Cyclone IV器件手册，来学习FP
    器件命名
    总体命名组成：器件系列 + 器件类型（是否含有高速串行收发器） +  LE逻辑单元数量 + 封装类型
    器件资源占比
    上面表格来自于Cyclone IV E器件手册，上面描述了该系列器件所占资源及结构：
    按表格依次排序为：
    1.逻辑单元（LE）
    2.嵌入式存储器（Kbits）
    3.嵌入式18x18乘法器
    4.通用PLL
    5.全局时钟网络
    6.用户I/O块
    7.最大用户I/O块：注释：列表6中的用户 I/O 管脚包括所有的通用 I/O 管脚、专用时钟管脚以
    下表是Cyclone IV GX系列器件占用资源，用作对比
    FPGA架构
    我们要入门FPGA设计以及后续的时序分析学习，那么必须了解FPGA器件内部的工作方式。
    为什么说FPGA是一门硬件描述语言，因为FPGA的内部结构其实就好比一块PCB板，FPGA的逻辑阵列
    首先介绍一下这几种资源所代表的的含义与电路是咋样的吧？
    1.逻辑单元(LE)
    逻辑单元（LE）在Cyclone IV器件中是最小的逻辑单元，逻辑单元特性如下图所示：
    上图中提出逻辑单元的核心架构其实是一个四口输入的查找表（LUT）构成的逻辑单元，可以实现四种变量的任
    逻辑单元在器件中有两种工作模式，分别是正常模式和算法模式，Quartus II软件自动为普通功能选择
    因为逻辑单元（LE）在Cyclone IV器件中是最小的逻辑单元，因此我们可以将多个逻辑单元组合在一
    2.嵌入式存储器（Kbits）
    嵌入式存储器结构由一列列 M9K 存储器模块组成，通过对这些 M9K 存储器模块进行配置，可以实现各
    3.嵌入式乘法器
    4.通用PLL
    5.用户I/O块
    在View-->Pin Legend中打开可得下图对器件的每个符号进行的解释，三角向上的是VCC，三
    资源分布图
    经过上面对器件资源的介绍，那么这些资源如何分布在器件内部呢？下图不同器件资源分布图
    这三个资源分布图一对比就清晰看出（三个不属于同一系列器件），逻辑阵列LAB与M9K存储器以及乘法器交
    案列分析
    下面以一个典型的数据采集实例，来分析这种资源分布的优势。
    对照上图来分析数据流向：
    1.数据先由外部高速ADC采集，通过I/O口进入到FPGA内部。
    2.接着经过一定的逻辑电路预处理后写入到由M9K存储器组成的缓存，如FIFO或双口RAM中。
    3.然后，再由逻辑电路从M9K存储器中读出，进行相应的处理，在处理的过程中，可能会需要高速的乘法运算
    4.运算结束后，再由逻辑电路处理后送入由M9K存储器组成的缓存，如FIFO或双口RAM中。
    5.等待其他电路如数据发送电路将数据从缓存中读取出来并最终通过I/O口连接的通信电路传输出去。
    如果我们将整个数据流从左向右分析，就会发现数据流中每一级所需要的资源都刚好和 Cyclone IV
    FPGA 学习之 Cyclone 器件资源结构知识介 绍 因为下周将进行 RAM 核调用及系统设计学习，这周结束我就 先参考 Cyclone IV 器件手册，来学习 FPGA 器件（本文学习 器件为 Cyclone IV E 系列器件）一些基础知识，进而熟悉器件 资源定义以及设计所注意的使用细节。 https://blog.csdn.net/sinat_41653350/article/details/1 03955348 中也提到了 FPGA 器件的硬件资源，但个人所提的 只是比较片面和基础的，对初学者来说，是比较不怎么友好的 能够理解的。 器件命名
    总体命名组成：器件系列 + 器件类型（是否含有高速串行收发 器） + LE 逻辑单元数量 + 封装类型 + 高速串行收发器的数 量（没有则不写） + 引脚数目 + 器件正常使用的温度范围 + 器件的速度等级 + 后缀 器件资源占比
    上面表格来自于 Cyclone IV E 器件手册，上面描述了该系列器 件所占资源及结构： 按表格依次排序为：
    1.逻辑单元（LE） 2.嵌入式存储器（Kbits） 3.嵌入式 18x18 乘法器 4.通用 PLL 5.全局时钟网络 6.用户 I/O 块 7.最大用户 I/O 块：注释：列表 6 中的用户 I/O 管脚包括所有 的通用 I/O 管脚、专用时钟管脚以及两用配置管脚。收发器管 脚和专用配置管脚不包括在这一管脚列表中。 下表是 Cyclone IV GX 系列器件占用资源，用作对比
    FPGA 架构 我们要入门 FPGA 设计以及后续的时序分析学习，那么必须了 解 FPGA 器件内部的工作方式。 为什么说 FPGA 是一门硬件描述语言，因为 FPGA 的内部结构 其实就好比一块 PCB 板，FPGA 的逻辑阵列就好比 PCB 板上 的一些分立元器件，PCB 是通过导线将具有相关电气特性的信 号连接起来，FPGA 也需要通过内部连线将相关的逻辑节点导 通，因此说 FPGA 设计实质上也就是电路设计。 首先介绍一下这几种资源所代表的的含义与电路是咋样的吧？ 1.逻辑单元(LE) 逻辑单元（LE）在 Cyclone IV 器件中是最小的逻辑单元，逻 辑单元特性如下图所示：
    上图中提出逻辑单元的核心架构其实是一个四口输入的查找表 （LUT）构成的逻辑单元，可以实现四种变量的任何功能。 （上图特性第一条）。下图是逻辑单元 LE 具体构成结构。
    逻辑单元在器件中有两种工作模式，分别是正常模式和算法模 式，Quartus II 软件自动为普通功能选择适用的模式，例如计 数器，加法器，减法器和算术功能，与参数化功能如参数化模 块库 (LPM) 功能一起。下图是逻辑单元 LE 工作在正常模式下 的组成结构，与上图介绍特点基本一致。
    因为逻辑单元（LE）在 Cyclone IV 器件中是最小的逻辑单元， 因此我们可以将多个逻辑单元组合在一起，这就是所谓的逻辑 阵列模块（LAB），废话不多说，直接上图，本文基本上是对 照器件手册来进行学习，图片较多。 由上图可以得出逻辑单元(LE)组成的逻辑阵列在器件中结构分
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