XILINX 7series FPGA组成概述

概述

FPGA是现场可编程逻辑，相较专用的ASIC集成电路，FPGA支持多次编程，使用上更加灵活，试错成本更小。XILINX FPGA组成由可编程逻辑资源CLB（包含LUT、FF等）、丰富的I/O资源、布线资源、时钟资源（CMT）、存储资源（BRAM）、底层嵌入硬件模块（运算单元DSP、高速收发器等）

1、可编程逻辑资源CLB

CLB在FPGA中最为丰富、CLB分为CLBLL (logic）和CLBLM（memory），CLBLL由两个SLICEL组成，CLBLM由1个SLICEM和1个SLICEL组成，SLICEL/M又由4个6输入查找表、8个触发器FF、3个数据选择MUX、1个进位链组成。

SLICEL/M区别如下所示，可以看到LUT还可以实现ROM功能，每个SLICE中的LUT6可以配置为641位/2个 321位ROM（占用1个LUT）、1281位ROM（占用2个LUT）、2561位ROM（占用4个LUT），SLICEM中的LUT6还可以配置为分布式RAM（相比较BRAM）1个LUT6可配置为64*1位RAM。SLICEM中的LUT6还可以配置为移位寄存器，1个LUT6可以实现深度32位的移位寄存器/2个16位移位寄存器。一个SLICE最多实现16选1的MUX。

7series中4类FPGA的逻辑资源如下第一行所示：

2、可编程IO资源

XILINX 7series FPGA不同型号不同封装IO引脚不同，但大致可以分为几类。
1、配置管脚
FPGA支持从串、主串、从并、主并、JTAG等多种配置方式，由管脚M[2:0]选择启动方式。

但JTAG总是具有最高优先级，边界扫描和JTAG链如下。

2、电源管脚
FPGA内部资源越多，其功耗就越大，由于管脚过流能力的限制，过流越大的电源引脚越多，具体需要XPE工具进行功耗估计得到FPGA每种电源的电流信息。提供足够的电压和电流之外，还需要满足复杂的电源时序要求。
3、普通IO管脚
分为HP和HR BANK，HP BANK提供高性能管脚在DDR模式下可以达到较高速率，但是其参考电压1.2-1.8V，HR BANK虽然没有HP那样高的数据速率但是参考电压范围更广，支持1.2-3.3V。

需要注意HP BANK只能出1.8V LVDS电平逻辑，HR BANK只能出2.5V LVDS逻辑电平，注意使用LVDS电平时参考电压不要接错，由于电气特性VOM/VCM匹配，所以两者可以互连。

4、时钟管脚
除了配置模式中的时钟管脚，还有一些管脚因其连接到了内部的DCM资源中，因此也作为外部时钟输入管脚，不使用该功能时也可以当做普通管脚，每个BANK都具有CMT时钟管理资源、其中MRCC/SRCC作为输入时钟时MRCC驱动的时钟范围更广。
5、高速收发器：
普通IO支持数据传输速率有限，通常在1G左右的上限，为了满足一些高速接口的应用，如JESD204B、PCIE、AURORA等，XILINX提供了专用吉比特收发器，可以支持最高达28Gbps的lane速率。内部结构参见：XILINX Ultrascale/Ultrascale+ 高速收发器时钟MGTHREFCLK原语调用
6、特殊功能管脚
VRP/VRN：用于数控阻抗DCI功能，动态调整输出阻抗，提高信号完整性，不使用时作为普通IO。DXP/DXN：作为温度传感器输入接口。DQS:用于DDR存储器接口。

3、布线资源

全局布线资源：用于芯片内部全局时钟和全局复位/置位的布线；
长线资源：用以完成芯片 Bank间的高速信号和第二全局时钟信号的布线；
短线资源：用于完成基本逻辑单元之间的逻辑互连和布线；　
分布式的布线资源：用于专有时钟、复位等控制信号线。

4、时钟资源

FPGA时钟分为全局时钟和区域时钟，如下所示，垂直中心时钟主干将FPGA划分为左右时钟区域，水平时钟线将FPGA划分为多个时钟区域，垂直中心时钟主干（全局时钟）可以驱动设备上所有时钟网络，区域时钟只能驱动本区域（SRCC）或者相邻时钟区域(MRCC)上，FPGA实际上就是被分成很多个大小一样时钟区域，每个区域都具有一个CMT时钟管理单元，由MMCM和PLL组成，每个时钟区域既可单独工作又可通过全局时钟Clock BackBone统一工作，同时水平相邻的时钟区域又可通过HROW来统一工作，上下相邻的时钟区域又可通过CMT Backbone统一工作。

5、存储资源

XILINX FPGA中有三种资源用于做片上存储：1、SLICEM LUT6；2、FF（reg）3、BRAM；在使用存储IP核的时候通过选择使用disbribute/block ram使用LUT/BRAM资源作为存储，当使用二维reg变量作为存储器时使用的就是FF资源。
7 series 提供36K的双口bram，也可配置为两个独立18Kbram。

其他

DSP资源；
GTX/H/Y/Z资源；