電路中多路開(kāi)關(guān)型FPGA邏輯塊

電路中多路開(kāi)關(guān)型FPGA邏輯塊1．Lattice公司ISP器件

2）通用邏輯塊GLB通用邏輯塊GLB是ISPLSI器件的最基本邏輯單元，也是ISPLSI芯片中的一個(gè)核心部件。圖4.28所示是GLB的結(jié)構(gòu)圖，它由與陣列、乘積項(xiàng)共享陣列、四輸出邏輯宏單元和控制邏輯組成。圖4.28中所展示的是GLB的標(biāo)準(zhǔn)組態(tài)。1．Lattice公司ISP器件ISPLSI1032的與陣列有18個(gè)輸入端，其中16個(gè)來(lái)自全局布線(xiàn)區(qū)GRP，2個(gè)專(zhuān)用輸入端。每個(gè)GLB有20個(gè)與門(mén)，形成20個(gè)乘積項(xiàng)，再通過(guò)4個(gè)輸出或門(mén)與乘積項(xiàng)共享陣列PTSA可組態(tài)電路連接，然后連接到輸出邏輯宏單元，輸出邏輯宏單元中有4個(gè)觸發(fā)器。前一級(jí)輸出再由可編程的多路選擇器MUX編程組態(tài)為組合邏輯輸出或寄存器輸出。觸發(fā)器可組態(tài)為D、T、JK等形式，組合電路可組態(tài)為“與或”或“異或”兩種方式。由圖4.28可知，一個(gè)或門(mén)輸出可以同時(shí)連接4個(gè)觸發(fā)器，一個(gè)觸發(fā)器也可同時(shí)接受4個(gè)或門(mén)的輸出，相互為“或”關(guān)系。1．Lattice公司ISP器件圖4.28所示為標(biāo)準(zhǔn)組態(tài)模式1。實(shí)際上，GLB有5種組合模式。4個(gè)或門(mén)輸入按4,4,5,7個(gè)輸入配置，每個(gè)觸發(fā)器的激勵(lì)信號(hào)可以將所有20個(gè)乘積項(xiàng)集中于1個(gè)觸發(fā)器使用。例如，圖4.28中第一個(gè)或門(mén)的輸出函數(shù)F1=ACE+BD++ABCDE圖4.28中第二個(gè)或門(mén)的輸出函數(shù)F2=XYZ+XY+XZ+YZ假定F1由O3,O2,O1進(jìn)行輸出，F(xiàn)2由O0輸出，并用時(shí)鐘CLK0控制D觸發(fā)器。1．Lattice公司ISP器件除了標(biāo)準(zhǔn)組態(tài)模式外，還有如下4種組態(tài)模式：（1）高速直通組態(tài)模式。4個(gè)或門(mén)跨過(guò)PTSA和異或門(mén)直接與4個(gè)觸發(fā)器相連，可用來(lái)支持設(shè)計(jì)快速計(jì)數(shù)器。（2）異或邏輯組態(tài)模式。4個(gè)或門(mén)后增加了4個(gè)異或門(mén)，各異或門(mén)的一個(gè)輸入分別為乘積項(xiàng)0,4,8,13，另一個(gè)輸入則從4個(gè)或門(mén)輸出中任意組合。依賴(lài)此組態(tài)可將D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成T觸發(fā)器或J-K觸發(fā)器。此種組合結(jié)構(gòu)尤其適用于計(jì)數(shù)器、比較器和ALU的設(shè)計(jì)。1．Lattice公司ISP器件1．Lattice公司ISP器件4）輸入輸出單元IOCI/O單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4.29所示，它是ISPLSI1032結(jié)構(gòu)最外層的小方塊，圖中有6個(gè)多路開(kāi)關(guān)MUX、1個(gè)特殊觸發(fā)器和三態(tài)門(mén)、緩沖器等電路。圖4.29IOC結(jié)構(gòu)圖1．Lattice公司ISP器件I/O單元是連接形成輸入、輸出、雙向I/O端口的電路部件，這種連接靠控制輸出三態(tài)門(mén)使能端的MUXl來(lái)選擇。MUXl有兩個(gè)可編程的地址，圖中所畫(huà)為未編程狀態(tài)。此時(shí)兩個(gè)地址輸入端皆接地，即選擇端為00，因而將高電平接至輸出使能端，IOC處于專(zhuān)用輸出組態(tài)；若兩個(gè)地址輸入中有一個(gè)與地?cái)嚅_(kāi)，即選擇端為10或01，則將由GLB產(chǎn)生的輸出使能信號(hào)通過(guò)OEMUX來(lái)控制輸出使能，IOC處于I/O組態(tài)或具有三態(tài)門(mén)的輸出組態(tài)；若兩個(gè)地址與地連接皆斷開(kāi)，即選擇端為11，則將輸出使能接地，IOC處于專(zhuān)用輸入組態(tài)。多路選擇器MUX2和MUX3用來(lái)選擇輸出極性和選擇信號(hào)輸出途徑。MUX4則用來(lái)選擇輸入組態(tài)時(shí)用何種方式輸入。IOC中的觸發(fā)器是特殊的觸發(fā)器，有兩種工作方式：一是鎖存方式，觸發(fā)器在時(shí)鐘信號(hào)“0”電平時(shí)鎖存；二是寄存器方式，在時(shí)鐘信號(hào)上升沿時(shí)將輸入信號(hào)存入寄存器。采用哪種方式由對(duì)觸發(fā)器的R/L端編程確定。觸發(fā)器的時(shí)鐘由時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)提供，并可通過(guò)MUX5和MUX6選擇和調(diào)整極性。觸發(fā)器的復(fù)位則由芯片全局復(fù)位信號(hào)RESET實(shí)現(xiàn)。1．Lattice公司ISP器件I/O單元的工作組態(tài)可工作于：（1）輸入狀態(tài)。有輸入緩沖、鎖存器輸入及寄存器輸入；（2）輸出狀態(tài)。有輸出緩沖、反向輸出緩沖、三態(tài)輸出緩沖。（3）雙向狀態(tài)。有雙向I/O及帶有寄存器的雙向I/O。各種I/O組態(tài)再與各GLB的5種組態(tài)以及GLB中4個(gè)輸出宏單元的組態(tài)方式相組合，便可得到幾十種電路。每個(gè)I/O單元還有一個(gè)有源上拉電阻，當(dāng)該I/O端不使用時(shí)，接上該電阻可以避免因輸入懸空引入的噪聲，并可以減小電路的電源電流。正常工作時(shí)如接上上拉電阻也具有以上優(yōu)點(diǎn)。1．Lattice公司ISP器件5）布線(xiàn)區(qū)（1）全局布線(xiàn)區(qū)GRP。GRP位于芯片的中央，如圖4.27所示。它實(shí)際上是通