LUT与移位寄存器_lut 移位寄存器

LUT表是最基本的逻辑单元，入门书籍必有的内容，基本原理这里不说了。

一般的，有SLICEM和SLICEL两种，M代表存储，L代表逻辑，好记吧。

L的功能M也能实现，M比L更复杂，所以我们直接去看SLICEM。

 

图上面时直接从工具里面截的，这里面包括了：

6位读地址输入（A1-A6）

8位写地址输入（WA1-WA7）

写时钟（CLK）

写使能（WEN）

数据输入（DI1）

数据输出（O6）

移位寄存器输出（MC31）

除此之外，由于DI2输入线和O5输出的存在，这片LUT还可以被配置为32-depth,2-bit-data-wide的RAM。

 

为什么写是8位，读是6位呢？有疑惑就看datasheet或者user guide啊，翻出UG474，里面有张图，看了就明白了：

拿一个SLICEM的四个LUT搭一个256的单口RAM，看到了吧，写地址8位直接用，读地址用6位，然后高两bit，一个给F7MUX，一个给F8MUX，相当于做了两级二选一。

 

还有一个重点要说的是移位寄存器，移位寄存器用的最多的地方就是做delay 了。

下面是简单的两段代码：

always @(posedge clk )begin

shift_r <= {shift_r[62:0],rxp} ;

end

always @(posedge clk )begin

txp <= shift_r[63];

end

大概的意思就是将rxp输入延迟64个时钟周期，然后输出。在很多文档里面都说过了，LUT单元是可以直接生成移位寄存器的，当然必须是SLICEM里面的LUT的，我们看看最后生成的结果是啥样的：

有点不好看啊，我俩简单解释一下：

1.红线代表LTU读地址输入，读地址代表了移位寄存器输出的位数，写31就是延迟32位，可见所有的地址都被连接在一个高电平上，5h11111=31，一般情况下，是A[5：1]表征地址，A[0]固定为高

2.青色是时钟，这对于SLICEL来说是没有的，因为有了时钟，才可能同步操作；

3.蓝色是需要移位的数据，程序里面的rxp，直接输入到了LUT-B的数据DI1口

4.黄色从LUT-B的MC31输出的结果，一个LUT可以作为32位的移位寄存器，因为需要移位64次， 所以需要两个LUT级联才能完成完整的移位结果

5.白色是最后的输出，注意是从O6输出的，即级联之后64位移位后的结果，再过一级FF之后，就是txp 。

 

这种写法比较简单直观，也有一些同学想要规范，那我们调用一下官方的原语试试：

SRL16E #(

.INIT(16'h0000), // Initial contents of shift register

.IS_CLK_INVERTED(1'b0) // Optional inversion for CLK

)

SRL16E_inst (

.Q(SRL10_r), // 1-bit output: SRL Data

.CE(1), // 1-bit input: Clock enable

.CLK(clk), // 1-bit input: Clock

.D(rxp ), // 1-bit input: SRL Data

// Depth Selection inputs: A0-A3 select SRL depth

.A0(0),

.A1(1),

.A2(0),

.A3(1) //0x1010= 10

);

这是一个经典的16位寄存器的小模块，看看布线后成啥样：

1.红线代表LTU读地址输入，读地址代表了移位寄存器输出，一般情况下，是A[5：1]表征地址，但是我们看到黄色线代表的数据激怒的是DI2，也就是用了两个5输入LUT中的一个，所以真实的地址是4‘h1010 = 10，也就是移位10+1次，A[0]固定为高

2.青色是时钟；

3.黄色是输入，rxp ，注意是从DI2口输入的

4.白色是最后的输出，注意是从O6输出的，即10位移位后的结果，也就是SRL10_r。

 

 

 

7系列因为LUT表地址位增加，因此还支持32位移位的原语，我们来看看：

SRLC32E #(

.INIT(32'h00000000), // Initial contents of shift register

.IS_CLK_INVERTED(1'b0) // Optional inversion for CLK

)

SRLC32E_inst (

.Q(SRL20_r), // 1-bit output: SRL Data

.Q31(SRL31_r), // 1-bit output: SRL Cascade Data

.A(5'd20), // 5-bit input: Selects SRL depth

.CE(1), // 1-bit input: Clock enable

.CLK(clk), // 1-bit input: Clock

.D(rxp ) // 1-bit input: SRL Data

);

看看会是怎样布线的：

 

1.红线代表LTU读地址输入，读地址代表了移位寄存器输出，一般情况下，是A[5：1]表征地址，是5‘h10100 = 20，也就是移位20次，A[0]固定为高

2.青色是时钟；

3.黄色是输入，rxp ，注意是从DI1口输入的

4.白色时最后的输出，注意是从O6输出的，即20+1位移位后的结果，也就是SRL20_r。

5.咖啡色是32位移位后的结果，也就是SRL31_r

 

这个移位跟信号实际delay的关系，还要看个仿真才能看明白：

图要放大看，rxp_r信号delay了11个时钟节拍（计数器从750到761）得到信号SRL10_r，delay了21个时钟节拍得到了信号SRL20_r，delay了32个时钟节拍得到信号SRL31_r。

也就是delay的时钟节拍N，与配置的LUT地址A之间的关系为：

N = A + 1

 

说了这么多，总结一下。

注意了，知识点来了：

1.LUT作为移位寄存器配置时，要注意，delay的时钟节拍和LUT地址配置之间的关系！

2.LUT资源分两种（准确来说应该是SLICE分两种），M和L的区别要记得，同时也能看出作为SLICEM功能还是很多的，如果全拿来作分布式RAM太浪费了，当需要的RAM比较大的时候，可以考虑使用BlockRam。

3.写代码时能想到FPGA这些小结构的组成，将代码与结构契合度更紧密一些，无论是资源使用还是时序，都能得到非常明显地改善！