FPGA查找表实现原理分析
一.查找表（look-up-table)的原理与结构
采用这种结构的pld芯片我们也可以称之为fpga：如xilinx的spartan,virtex系列等。
查找表（look-up-table)简称为lut，lut本质上就是一个ram。 目前fpga中多使用4输入的lut，所以每一个lut可以看成一个有4位地址线的16x1的ram。 当用户通过原理图或hdl语言描述了一个逻辑电路以后，pld/fpga开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能的结果，并把结果事先写入ram,这样，每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。下面是一个4输入与门的例子：
二.基于查找表（lut)的fpga的结构 我们看一看xilinx spartan-ii的内部结构，如下图：
xilinx spartan-ii 芯片内部结构
slices结构
spartan-ii主要包括clbs，i/o块，ram块和可编程连线（未表示出）。在spartan-ii中，一个clb包括2个slices,每个slices包括两个lut，两个触发器和相关逻辑。 slices可以看成是spartanii实现逻辑的最基本结构 (xilinx其他系列，如spartanxl,virtex的结构与此稍有不同，具体请参阅数据手册）
三.查找表结构的fpga逻辑实现原理
我们还是以这个电路的为例：
a,b,c,d由fpga芯片的管脚输入后进入可编程连线，然后作为地址线连到到lut，lut中已经事先写入了所有可能的逻辑结果，通过地址查找到相应的数据然后输出，这样组合逻辑就实现了。 该电路中d触发器是直接利用lut后面d触发器来实现。时钟信号clk由i/o脚输入后进入芯片内部的时钟专用通道，直接连接到触发器的时钟端。触发器的输出与i/o脚相连，把结果输出到芯片管脚。这样pld就完成了图3所示电路的功能。（以上这些步骤都是由软件自动完成的，不需要人为干预）
这个电路是一个很简单的例子，只需要一个lut加上一个触发器就可以完成。对于一个lut无法完成的的电路，就需要通过进位逻辑将多个单元相连，这样fpga就可以实现复杂的逻辑。
由于lut主要适合sram工艺生产，所以目前大部分fpga都是基于sram工艺的，而sram工艺的芯片在掉电后信息就会丢失，一定需要外加一片专用配置芯片，在上电的时候，由这个专用配置芯片把数据加载到fpga中，然后fpga就可以正常工作，由于配置时间很短，不会影响系统正常工作。 也有少数fpga采用反熔丝或flash工艺，对这种fpga，就不需要外加专用的配置芯片。
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a,b,c,d由fpga芯片的管脚输入后进入可编程连线，然后作为地址线连到到lut，lut中已经事先写入了所有可能的逻辑结果，通过地址查找到相应的数据然后输出，这样组合逻辑就实现了。 该电路中d触发器是直接利用lut后面d触发器来实现。时钟信号clk由i/o脚输入后进入芯片内部的时钟专用通道，直接连接到触发器的时钟端。触发器的输出与i/o脚相连，把结果输出到芯片管脚。这样pld就完成了图3所示电路的功能。（以上这些步骤都是由软件自动完成的，不需要人为干预）
这个电路是一个很简单的例子，只需要一个lut加上一个触发器就可以完成。对于一个lut无法完成的的电路，就需要通过进位逻辑将多个单元相连，这样fpga就可以实现复杂的逻辑。
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