FPGA学习笔记：逻辑单元的基本结构

逻辑单元在FPGA器件内部，用于完成用户逻辑的最小单元

逻辑单元在ALTERA叫作（Logic Element，LE）LE，在XILNX中叫作LC(LOGIC CELL).

1.逻辑单元与逻辑阵列

逻辑单元（Logic Element，LE）在FPGA器件内部，用于完成用户逻辑的最小单元。一个逻辑阵列包含16个逻辑单元以及一些其他资源， 在一个逻辑阵列内部的16个逻辑单元有更为紧密的联系，可以实现特有的功能。

一个逻辑单元主要由以下部件组成：一个四输入的查询表(LookUp Table，LUT)，一个可编程的寄存器，一条进位链，一条寄存器级连链。

1、查询表：用于完成用户需要的逻辑功能，CYCLONEⅡ系列的查询表是4输入1输出的，可以完成任意4输入1输出的组合逻辑。

2、可编程寄存器：可以配置成D触发器，T触发器，JK触发器，SR触发器。每个寄存器包含4个输入信号，数据输入、时钟输入、时钟使能、复位输入。

一个逻辑单元包含3个输出，两个用于驱动行连接、列连接、直接连接，另外一个用于驱动本地互联。这三个输出是相互独立的。输出信号可以来自于查询表也可以来自于寄存器。

一个LE主要由两部分组成：查找表LUT+可编程寄存器

1.本地互连通路

是逻辑阵列的重要组成部分，芯片级设计思路上的考虑与节省我们就不讨论，从实际运用出发，直接看看这个互连通路是干什么用的。本地互连通路提供了一种逻辑阵列内部的连接方式， 逻辑阵列内部还包含一种对外的高速连接通路，称之为直接连接通路。

直接连接通路连接的是相邻的逻辑阵列，或者与逻辑阵列相邻的M4K存储器块、乘法器、锁相环等。

CYCLONEⅡ系列FPGA的逻辑单元有两种工作模式：普通模式和算数模式。普通模式适合于一般的逻辑运算。算数模式适用于实现加法器、计数器、累加器、比较器等。

逻辑阵列的主体是16个逻辑单元，另外还有一些逻辑阵列内部的控制信号以及互连通路。前面所讲的互联通路和直接连接通路就是逻辑阵列中的部分。

逻辑阵列还包括一些控制信号：两个时钟信号，两个时钟使能信号，两个异步复位信号，一个同步复位信号，一个同步加载信号。

2.内部连接通路

在FPGA内部存在各种连接通路，连接不同的模块，比如逻辑单元之间、逻辑单元与存储器之间。FPGA内部资源是按照行列的形式排列的，所以连接通路也分为行列的。行连接又分为R4连接、R24连接和直接连接。R4连接就是连接4个逻辑阵列，或者3个逻辑阵列和1个存储块， 或者3个逻辑阵列和1个乘法器。简单地说就是连接4个模块吧。R24就是24个模块。列连接是C4，C16，含义不用说了吧，是连接4个模块和16个模块。

ALTERA的LE内部结构如图

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审核编辑：汤梓红