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wzjs 2025/8/28 7:20:47

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这篇文章躺在我网盘里N年了，记得是刚入门时候总结的，所以本文列举的芯片有点老，仅供参考，后面有时间我们在按照最新的架构进行分析。

今天主要对Xilinx、Altera和Actel三家 FPGA 中使用的逻辑单元架构进行对比，最后对这三家逻辑量换算进行说明。

FPGA介绍

不介绍了...

Virtex-4 （或者更早的架构） Slices

Xilinx FPGA 中的基本可编程逻辑模块称为 slice。

此架构（稍作修改）用于 Virtex-5 之前的所有 Virtex FPGA 系列和迄今为止的所有 Spartan FPGA 系列（至少，直到 Spartan-3A）。

Virtex-4 FPGA slice 包括：

两个 4 输入查找表（Look-Up Tables），可以实现任何 4 输入Bool函数，用作组合函数生成器（一个查找表标记为“F”，另一个标记为“G”）。
两个专用的用户控制组合逻辑复用器（MUXF5 和 MUXFX）。MUXF5 可用于组合slice的查找表（LUT）的输出，从而实现 5 输入组合电路。MUXFX 用于组合其他 MUXF5 和 MUXFX（来自其他slice）的输出。
专用算术逻辑（两个 1 位加法器、进位链和两个专用与门，用于快速高效的乘法）。
两个 1 位寄存器，可以配置为触发器或锁存器。这些寄存器的输入由 YMUX 和 XMUX 多路复用器选择。请注意，这些多路复用器不受用户控制：路径在 FPGA 编程期间选择。

Virtex-4 slice的简化图如下所示。

这种基于四输入查找表的架构可以被认为是经典的架构，也是前期国产FPGA的基本架构。

要实现一个四输入查找表（4-input LUT）需要 16 位内存。然后，我们可以通过计算查找表位的总数来测量可放入Slices 中的组合逻辑量。

Xilinx Virtex-4 slice
Combinational logic density (in LUT bits)	32
Register bits	2

Virtex-5 Slices

Virtex-5 Slices包括：

四个查找表（Look-Up Tables），可以配置为具有 1 位输出的 6 输入查找表或具有 2 位输出的 5 输入查找表。
三个专用的用户可控制的组合逻辑复用器（F7AMUX、F7BMUX 和 F8MUX）。F7AMUX 和 F7BMUX 组合Slices的查找表的输出以实现 7 输入组合电路。F8MUX 用于组合 F7AMUX 和 F7BMUX 的输出。
专用算术逻辑（两个 1 位加法器和一个进位链）。
四个 1 位寄存器，可配置为触发器或锁存器。这些寄存器的输入由 AMUX-DMUX 多路复用器选择。请注意，这些多路复用器不受用户控制：路径在 FPGA 编程期间选择。

与之前架构的主要区别：

可配置的 6 对 1 或 5 对 2 查找表，而不是 4 对 1 查找表。
每个切片有 4 个查找表（LUT）和 4 个寄存器位。
专用算术逻辑电路不包括专用与门。

Virtex-5 FPGA Slices的简化图如下：

例如，在 Virtex-5 中，仅用一个查找表就可以实现一个完整的 4 选 1 多路复用器。

Xilinx Virtex-5 slice
Combinational logic density (in LUT bits)	256
Register bits	4

Altera ALMs

Altera FPGA（Stratix 和 Cyclone 系列）使用略有不同的逻辑块，称为“自适应逻辑模块”（“Adaptive Logic Modules，ALM）。

ALM 资源包括：

两个四输入查找表和四个三输入查找表用于组合逻辑实现。
专用算术和进位逻辑。
两个可编程寄存器。

需要注意的是，一个自适应逻辑模块（ALM）只有 8 个输入，这比查找表（LUT）的输入总数要少。这意味着一些输入信号连接到不止一个查找表。在自适应逻辑模块中有几个输入信号复用器，它们形成一种可由用户编程的互连矩阵（在配置时）。请注意，并非所有的连接都是可能的。更多细节请参考 Stratix-IV 器件手册。

Altera ALM 的架构简化图如下：