一、CLB结构

可编程逻辑块（CLB，Configurable Logic Block）作为Xilinx FPGA实现时序逻辑和组合逻辑的最主要资源部件，如图1-1 每个CLB包含两个Slice，并引出逻辑连线至开关矩阵（Switch Matrix，作为布线资源），同时还包含着算术进位逻辑的功能（CIN,COUT，进位输入和输出）。

其中每个Slice包含4个6输入LUT查找表（每个LUT可配置为2个5输入LUT）、1个进位逻辑链（CARRY）、8个触发器（FF，Filp-Flop）,其中SLICE分为两种，分别为SLICEL和SLICEM，对于SLICEM，每个6输入LUT可以配置为一个32位移位寄存器（Shift Register）或64 Bits的RAM存储单元（Distributed RAM），而SLICEL却没有该功能。因此CLB相关的一系列资源存在确定的比例关系。

每个CLB包含两个SLICE，有的CLB包含两个SLICEL，有的CLB包含一个SLICEL和一个SLICEM，不难推算，对于后者CLB的资源量存在如Table2-1关系，

以Kintex-7系列CLB资源量为例，列表如下Table 1-3:

数量关系可以看出，SILCEL和SLICEM总和等于SLICE的数量，6输入LUT的数量是slice的4倍，FF的数量是slice的8倍，DRAM和Shift Register的容量也遵循上述结构（SLICEM中）。

二、SLICE结构

1.CLB结构概览

其中SILCEL与SLICEM结构相似，区别在于LUT，在SLICEM中可配置为Disturbuted RAM

Vivado2018.3下Slice的 device视图（器件型号:XC7K325TFFG676）：

2.查找表(LUT，Look-Up Table)

查找表具备布尔函数发生的功能，实质为表达式的真值表（ROM），6个输入端口（A1 ~ A6），2个输出端口（O5 and O6）。可完成以下功能：
（1）6输入布尔函数发生：A1 ~ A6输入，O6输出；
（2）两个5输入（或更少的输入）布尔函数发生：A1 ~ A5输入（要求公共输入），A6输入高电平，O5、O6输出；

LUT输出信号的经过路径如上Figure2-4彩色线绘制的，包括：
1.O6直接输出SILCE到端口D
2.O6输出经过AOUTMUX到端口D
3.O6输出经管XOR异或逻辑门
4.O5输出进入CARRY进位链
5.O6输出至CARRY进位链中的MUX控制端口。
6.O5、O6直接输出或经过DFFMUX到FF的D输入端。
SILCE包含的三个数据选择器为F7AMUX、F7BMUX、F8MUX，作用是将LUT功能组合，提供范围更大的逻辑函数表达能力。其中F7AMUX将LUTA和LUTB的输出选择，扩大为7输入LUT（A6:1和B6:1并接作为输入低六位D6:1，AX为F7AMUX的控制信号，故作输入最高位D7），F7BMUX将LUTC和LUTD的输出选择(同AB端口)，F7AMUX和F7BMUX的输出连接至F8MUX输入（A6:1、B6:1、C6:1、D6:1并接作为输入低六位D6:1，AX、CX和BX依次作为高三位D7:9）。

3.存储单元（Storage Elements）

通常认为Slice中的存储单元为触发器FF，其也可工作在锁存器latch模式下（较少使用且需慎用）。
每个Silce包含8个FF，其中4个FF无法作为LATCH使用（仅作为边沿触发的D-FF）。且当该4个FF作为LATCH时，其它4个FF将无法使用。

FF的控制引脚包括clock(CLK)、clock enable（CE）、set/reset(SR)，每个slice内的控制线均连接在一起，clk的极性可以选择，CE和SR为高电平有效且极性不可变。对于FF/LATCH可选择的属性特点包括：
（1）SRLOW：SR信号置高有效时同步或异步复位（Q输出低电平）
（2）SRHIGH：SR信号置高有效时同步或异步置位（Q输出高电平）
（3）INIT0：上电或全局复置位时输出异步复位（Q输出低电平）
（4）INIT1：上电或全局复置位时输出异步置位（Q输出高电平）

INITx设置和SRx设置独立不影响，通常SRLOW和INIT0配合使用，SRHIGH和INIT1配合使用。
FF原语：

以上均基于Slice中FF元件实现，D为数据输入口；Q数据输出口，在时钟上升沿输出D端数据；C时钟输入端口；CE片选使能信号，当CE低电平时时钟无效，Q输出保持不变。
FDSE: Single Data Rate D Flip-Flop with Synchronous Set and Clock Enable (posedge clk).
S同步置位输入端口，高有效，时钟上升沿更新输出Q为高电平（S端优先级高于CE）
FDRE: Single Data Rate D Flip-Flop with Synchronous Reset and Clock Enable (posedge clk).
R同步复位输入端口，高有效，时钟上升沿更新输出Q为低电平（R端优先级高于CE）
FDPE: Single Data Rate D Flip-Flop with Asynchronous Preset and Clock Enable (posedge clk).
PRE异步置位输入端口，高有效，更新输出Q为高电平（PRE端优先级高于CE）
FDRE: Single Data Rate D Flip-Flop with Asynchronous Clear and Clock Enable (posedge clk).
CLR异步复位输入端口，高有效，更新输出Q为低电平（CLR端优先级高于CE）
例化模板，以FDSE为例，其余类似：

LATCH原语：
1.LDPE: 具备异步置位端的锁存器（Transparent latch with Asynchronous Preset and Gate Enable）

2.LDCE: 具备异步复位端的锁存器（Transparent latch with Asynchronous Reset and Gate Enable）

4. 分布式RAM （Distributed RAM）

在SLICEM中，LUT可组成分布式RAM（Distributed RAM），支持级联扩容和端口数量配置。

DRAM端口模式：
（1）single port 单端口
同步写、异步读操作（必须是LUT D，其余LUT端口A、B、C无法写入操作），共享相同的地址总线。
（2）dual port 双端口
其中一个LUT可进行同步写、异步读操作，读写共享相同的地址总线；另一个LUT异步读操作，地址输入（A）连接到第二个只读地址端口，WA使能输入与第一个读写端口地址共享。
（3）simple dual port 简单双端口
一个端口同步写操作（不可读出数据），另一个端口异步读取。
（4）quad port 四端口
其中一个端口同步写、异步读操作，其他三个端口异步读（LUT端口A、B、C异步读）。

以RAM32M应用为32×2 四端口RAM为例，见下图Figure2-6。

Multiplexers 多路选择器
多路选择器作为函数发生器功能的一种，也是由LUT完成。
利用一个SLICE内的资源构成4:1和16:1的多路选择器如下所示。

verliog描述16:1数据选择器（多路复用器）如下，观察布线结果可以看出，占用了4个LUT和三个MUXF，恰为一个SLICE内的资源，其中sel选择输入端（深蓝色选中线）连接至MUXF控制端和LUT6的公共2位输入。

5.Carry Logic 进位链

通过CLB内进位链（CARRY4），可以更方便地实现大规模的逻辑函数发生，进位输入CIN可来自于相邻Slice内的CLB的进位输出COUT(必须上下相邻，不可跨列)，进位链的级数受Slice的column高度限制。
Carry Logic的接口包括：
1.S0~S3: 4路LUT的输出O6，作为超前进位逻辑的“propagate”信号。
2.DI0~DI3：4路LUT的输出O5或AX输入，作为超前进位逻辑的“generate”信号。
3.CYINT：进位链的初始值，“1”时为加法逻辑，“0”时为减法逻辑，也可等于AX值进行动态可调整。
4.CIN、COUT：CARRY4的进位输入和进位输出，与相邻CARRY4的COUT和CIN相连，可实现更多级的进位链级联。
5.O0~O3：进位链对应位结果输出。
6.CO0~CO3：进位链对应进位结果输出。
进位链原理分析：
在7系列slice中每个CARRY可处理4位输入，故命名为“CARRY4”，CARRY4仅完成进位逻辑和结果输出，并不是仅仅依靠CARRY4实现加减法运算（即还需要LUT的配合参与）。在超前进位加法逻辑中，通过表达式化简，命名“propagate”为A ⨁▒ B，“generate”为A ∙ B，过程简要推导如下：
S=A ⨁ B ⨁ Cin
Co=A∙B+Cin∙(A+B)
令P=A ⨁ B，G=A∙B
P信号命名“propagate”传播信号，G信号命名为"generate"产生信号，
可以得到，S=P ⨁ Cin
Co=G+Cin∙P
对应到CARRY4中，P信号为从S0_{S3端口输入信号，G信号为从DI0}DI3端口输入信号，S即O0~O3结果输出信号

通过上述图中对CARRY4中其中一路的代数分析可以发现，输出O1和CO1恰恰符合全加器的结果和进位输出模型，因此这是实现超前进位的基础，也解释了为什么CARRY采用MUXCY和异或门等结构。

三、相关时序模型

1.触发器时序

2.分布式RAM(SLICEM)时序

当WE为高电平时，进行写操作（同步），ADDR、DI、WE均需要满足对clk的setup时间要求，DATA_OUT输出与clk间存在TSHCKO的延时（此时数据输出也是同步的）。
当WE为低电平时，进行读操作（异步），ADDR输入（跳变）后经过TILO延时后DATA_OUT更新输出对应ADDR的数据，

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