【使用Verilog实现LUT_RAM FPGA】- 实现高效率逻辑运算

本文介绍了如何使用Verilog在FPGA中实现LUT RAM,以进行高效率的逻辑运算。首先解释了LUT的概念,然后展示了一个2输入1输出的LUT代码实例,接着说明了如何构建4位LUT RAM,包括时钟、写使能、地址和数据输入。通过这种方式,可以灵活构建复杂的存储器并实现各种逻辑功能。

【使用Verilog实现LUT_RAM FPGA】- 实现高效率逻辑运算

Verilog是一种硬件描述语言,常被用于FPGA设计中。在FPGA中,LUT RAM是一种基本的内置存储器,可用于存储数字信息和执行逻辑运算。本文将以Verilog为基础,介绍如何在FPGA中实现LUT_RAM。

首先,我们需要了解LUT(查找表)的概念。LUT是一种逻辑组件,它将一个输入信号映射到一个输出值。LUT的大小可以根据需要调整,以实现存储和执行不同数量的逻辑运算。

下面是一个简单的2输入1输出的LUT代码实例:

module lut_2to1(output reg y, input a, b, input [3:0] lut_values);

always @(*) begin
    case({a,b})
        2'b00: y = lut_values[0];
        2'b01: y = lut_values[1];
        2'b10: y = lut_values[2];
        2'b11: y = lut_values[3];
    endcase
end

上述代码定义了一个lut_2to1模块,其中包含一个输出端口y和两个输入端口a和b。此外,还有一个名为lut_values的4位输入端口,用于存储LUT的值。

在FPGA中,可以将多个LUT组合成RAM,以充当更大的存储器。以下是一个示例代码,实现了一个4位LUT RAM:

module lu
FPGA中,实现逻辑的基本单元是查找表(LUT)而非基本门电路。目前的FPGA中,单一LE或者Cell通常能实现至少4输入查找表的逻辑功能。   4输入查找表可以看成是具有4位地址1位数据的存储器,能够存储16bit数据,这也是LUT能被用于组建分布式RAM的原因。   如果要构成一个6输入1输出MUX,可以通过两片4输入查找表级联,也可直接用一片完整的6输入查找表,两片4输入的查找表的存储容量是32,而一片完整的6输入查找表的存储容量是64;若使用6输入查找表(存储容量为64)实现4输入(存储容量为16)的逻辑功能,则浪费了75%的存储容量。也就是说,采用较少输入的查找表实现较多输入查找表的功能,在面积上有更高的利用率。   但是并非只需要考虑面积利用率,还应考虑到时序和布线问题,按照输入越少面积利用率越高的说法,岂不是2输入查找表更具有优势?但是各个FPGA厂商都不提供2输入查找表,因为如果FPGA都以2输入查找表为基本逻辑单元,那么实际应用中,几乎所有的逻辑都需要查找表级联实现,但是FPGA中的布线资源并不足以支撑这样的设计,同时,这样的设计也将导致时序问题。   因此,使用多少输入作为基本的查找表是一个重要的问题,目前在一般的FPGA中,为了平衡查找表扩展和面积使用率,4输入查找表受到广泛应用;在复杂的FPGA中,可能采用混合查找表,比如同时使用3输入和4输入。
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