舉例分析Intel FPGA和Xilinx FPGA的區(qū)別

今天和大俠簡單聊一聊 Intel altera 和 Xilinx 的 FPGA 區(qū)別，話不多說，上貨。

最近有很多人在問，學(xué)習(xí)FPGA到底是選擇 Intel altera 的還是 xilinx 的呢，于是我就苦口婆心的說了一大堆，中心思想大概就是，學(xué)習(xí)FPGA一定要學(xué)習(xí) FPGA 的設(shè)計思想以及設(shè)計原理，不要糾結(jié)于單一的實(shí)驗(yàn)平臺或者操作軟件，因?yàn)槟阆朐谶@個行業(yè)越走越高的話，廣度和深度都是要有所了解的。

初期學(xué)習(xí)的時候尤其注重動手，選擇一款操作平臺以及操作軟件是為了讓你更好的去動手做，而不是讓你在這款軟件或者實(shí)驗(yàn)平臺去做文章，因?yàn)椴欢淼脑?，換個環(huán)境你同樣是什么都不明白。尤其是現(xiàn)在的科技公司產(chǎn)品更新升級換代還比較快，要學(xué)會去掌握最核心的知識點(diǎn)才是王道。

下面，咱們就來簡單聊聊 Intel altera 和 Xilinx 的 FPGA 區(qū)別，歡迎大家一起交流，三人行，必有我?guī)煟餐瑢W(xué)習(xí)，共同進(jìn)步。

對于 Intel altera 和 Xilinx 的 FPGA，本人認(rèn)為可以分為兩個方面去比較一下，基本邏輯資源和內(nèi)部基本架構(gòu)。從目前企業(yè)中做開發(fā)使用的廣泛性來說，Xilinx 占得比重確實(shí)是大一些，但是從其他方面來說，比如價格，相對而言 Intel altera 的便宜些。

對于兩者的特點(diǎn)，Xilinx 的短線資源非常豐富，這樣在實(shí)現(xiàn)的時候，布線的成功率很高，尤其是邏輯做得比較滿的時候。而 Intel altera 的 FPGA 的短線資源經(jīng)常不夠用，經(jīng)常要占用LE來充當(dāng)布線資源，這也是為什么 Intel altera 的 FPGA可以便宜的原因，資源少些當(dāng)然便宜，但是如果你是高手，也能把他的性能發(fā)揮得很好。?另外就是關(guān)于塊RAM，Xilinx的雙口RAM是真的，Intel altera的沒有雙口RAM，如果你要實(shí)現(xiàn)真正的雙口RAM，只能用兩塊RAM來背靠背地實(shí)現(xiàn)，這樣你的RAM資源就少了一半，如果你的應(yīng)用對片內(nèi)雙口RAM的需求很重要，用 Intel altera 的就劃不來。

下面咱們就從我剛才說的基本邏輯資源和內(nèi)部基本架構(gòu)這兩個方面來聊聊。? ? ? ?

1、基本邏輯資源

基本的邏輯資源我建議大家可以去看看兩家的芯片做個比較，今天時間有限就不給各位詳談了，通過比較你會發(fā)現(xiàn)我上面說的還是有點(diǎn)道理的。

2、內(nèi)部基本架構(gòu)

從1985年Xilinx公司推出第一片F(xiàn)PGA到現(xiàn)在，F(xiàn)PGA的使用已經(jīng)有30多年的歷史了。目前主流市場的FPGA主要還是Xilinx和Intel altera兩大系列，下面分別來介紹下它們各自的基本結(jié)構(gòu)組成。

Xilinx的FPGA主要由以下單元結(jié)構(gòu)組成：可配置邏輯塊（CLB）、時鐘管理模塊（CMT）、存儲器（RAM/FIFO）、數(shù)字信號處理模塊（DSP）和一些專用模塊。以Virtex-5為例，簡單介紹下各模塊的功能。

１、可配置邏輯塊（CLB）

CLB是FPGA中組成設(shè)計邏輯的主要資源，也是電路設(shè)計中工作的主要對象，下面對CLB的內(nèi)外結(jié)構(gòu)做一個簡單介紹。FPGA的邏輯就是由陣列排布的CLB實(shí)現(xiàn)的，每個CLB單元都和一個開關(guān)陣列相連，并受其控制以實(shí)現(xiàn)邏輯，如下圖所示：?

每一個CLB中包含有兩個基本結(jié)構(gòu)（Slice），每個基本結(jié)構(gòu)中包含4個查找表（LUT）、4個存儲單元、廣函數(shù)多路器（Wide_function Multiplexer）和進(jìn)位邏輯，這種基本結(jié)構(gòu)（Slice）稱為SLICEL。另外，有些基本結(jié)構(gòu)（Slice）中還包含使用RAM存儲數(shù)據(jù)的功能和使用32位寄存器移位的功能，支持這些功能的基本結(jié)構(gòu)稱為SLICEM。

2、時鐘管理模塊（CMT）

時鐘管理模塊（CMT）用于產(chǎn)生高質(zhì)量的時鐘，以Virtex-5系列器件為例，CMT包括兩個 數(shù)字時鐘管理單元（DCM）和一個鎖相環(huán)電路（PLL）。

3、存儲器（RAM/FIFO）

現(xiàn)代Xilinx的FPGA都有內(nèi)部的存儲器塊，以Virtex-5為例，內(nèi)部包含若干塊RAM，每一塊36KB，并且RAM的大小可以靈活配置。Virtex-5內(nèi)的RAM是同步的雙口RAM，并且可以配置為多速率的FIFO存儲器，極大地提高了設(shè)計的靈活性。

4、數(shù)字信號處理模塊（DSP）

大多數(shù)的FPGA產(chǎn)品都提供了DSP。

5、其他專用模塊

除了上述模塊外，在現(xiàn)代的Xilinx的FPGA產(chǎn)品中還有一些其他專用模塊，例如：Rocket IO千兆位級收發(fā)器、PCI Express端點(diǎn)模塊和三態(tài)以太網(wǎng)MAC模塊等。

Intel altera 的產(chǎn)品一般包括如下單元結(jié)構(gòu)：邏輯陣列模塊（LAB）、TriMatrix存儲器模塊（RAM）、數(shù)字信號處理模塊（DSP）和鎖相環(huán)模塊（PLL）。下面以Startix II 器件為例說明 Intel altera 公司產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。

1、邏輯陣列模塊（LAB）

邏輯陣列模塊（LAB）的主要結(jié)構(gòu)是8個適應(yīng)邏輯模塊（ALM），還包括一些進(jìn)位鏈和控制邏輯等結(jié)構(gòu)。適應(yīng)邏輯模塊（ALM）是 Stratix II 器件的基本模塊，其結(jié)構(gòu)如下圖。

每個ALM中都包含了兩個可編程的寄存器、兩個專用全加器、一個進(jìn)位鏈、一個共享算術(shù)鏈和一個寄存器鏈。需要注意的是，在上圖所示的組合邏輯塊（Combinational Logic）中包含了兩個4輸入4 查找表（LUT）和4個三輸入的查找表。

2、 存儲器模塊（RAM）

Stratix II 器件具有 TriMatrix 存儲結(jié)構(gòu)，它包括3種大小的嵌入式RAM塊。TriMatrix 存儲器包括512位的M512塊、4Kb的M4K塊和512Kb的M-RAM塊，每個都可以配置支持各種特性。

3、 數(shù)字信號處理模塊（DSP）

DSP塊結(jié)構(gòu)是為實(shí)現(xiàn)多種 最大性能和最小邏輯資源利用率的DSP功能而優(yōu)化的。

4、 鎖相環(huán)（PLL）

Stratix II 器件具有多達(dá)12個鎖相環(huán)（PLL）和48個獨(dú)立系統(tǒng)時鐘，可以作為中央時鐘管理器滿足系統(tǒng)時序需求。

以上可以看出，Xilinx 與 Intel altera 的 FPGA 的結(jié)構(gòu)最大不同還是其邏輯單元部分：Xilinx的邏輯單元基本組成為可配置邏輯模塊（CLB），而 Intel altera 的為LAB，但更深一層講，CLB和LAB里面也都是由LUT、觸發(fā)器等構(gòu)成的。兩個公司的FPGA組成各有特點(diǎn)，這也決定了它們的FPGA產(chǎn)品在功能上各有特點(diǎn)。

總的來說，Xilinx 家獨(dú)有 可配置邏輯塊（CLB）/Slice，Intel altera 家獨(dú)有邏輯陣列模塊（LAB），可以這么理解。簡單聊聊，希望對各位大俠學(xué)習(xí)理解有所幫助。

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來源 | FPGA江湖技術(shù)

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