RTL与LUT的关系理解

Quartus II EDA工具进行综合

布局布线后，点击“Chip Planner”，Chip Planner打开后可以看到在版图模型中有一个块蓝色区域的颜色变深，说明有该区域的资源被占用，我们知道这是一个逻辑阵列块LAB，我们将该区域放大

放大后可以看到蓝色变深的区域中有16个小块，这16个小块就是LE(它们的走线时延的关系如下：同一个LAB中（最快） < 同列或者同行 < 不同行且不同列)，其中只有一个LE的颜色变是蓝色的，说明该处的资源被使用了，双击蓝色的LE即可观察其内部的结构

双击打开LE后内部的结构如下图所示，其中蓝色显示的是真实使用到的结构，灰色的是未使用到的结构，我们可以看到有两个输入和一个输出，与RTL代码的描述是对应的，红色框就是查找表LUT。

依次打开上图红色箭头标记的5个LE

可以看到前4个LUT是b[0]~b[15]，第5个LUT是Equal，结合Chip Planner视图可以初步推理出，16bit的b每连续的4个输入用一个LUT，输出的结果传到第5个LUT。再结合Technology Map Viewer（Post Mapping）视图可知，前4个LUT其实是存储了0000_0000_1101_0101，也就是16’hd5这个值，然后每连续的4个一组，与输入分别比较，如果LUT的值与输入的值相等则LUT的输出为1，如果不相等输出为0，所以第5个LUT的内部输入名为“Equal”我们也就不难理解了。而第5个LUT存储了1111，当前4个LUT与输入的比较结果与第5个LUT中存储的值比较，如果相等则输出0，如果不相等则输出1。

选中第五个LE，点击Generate Fan-in Connection也可以显示出16bit的b每连续的4个输入用一个LUT，输出的结果传到第5个LUT

目前大部分FPGA都基于6输入LUT的（本例选用FPGA较老，是基-4 LUT），如果一个输出对应的判断条件大于四输入的话就要由多个LUT级联才能完成，这样就引入一级组合逻辑时延，我们要减少组合逻辑，无非就是要输入条件尽可能的少，这样就可以级联的LUT更少，从而减少了组合逻辑引起的时延。

例如：一个32位的计数器，该计数器的进位链很长（cnt<=cnt 32'd1），必然会降低工作频率，我们可以将其分割成4位和8位的计数，每当4位的计数器计到15后触发一次8位的计数器，这样就实现了计数器的切割，也提高了工作频率。

文章来源：网络素材

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