Генераторы логических функций

Наиболее важными программируемыми элементами логического блока являются схемы F-LUT, G-LUTи Н-LUT(см. рис. 1.2), вырабатывающие значения логических функций. С помощью элементов F и G можно реализовать любую логическую функцию четырех переменных, а элемент Н позволяет сформировать значение любой логической функции трех переменных. Как построить универсальную схему, реализующую логические функции 4 переменных? Если решать эту задачу на уровне вентилей, то она оказывается очень сложной, но если посмотреть на нее с другой точки зрения, то ее решение значительно облегчается.

Любая функция 4-х переменных может быть описана таблицей истинности, состоящей из 16 строк. Предположим, что мы храним таблицу истинности в одноразрядной памяти на 16 слов. Подавая на адресные входы памяти четыре входных бита, мы получаем на выходе значение функции для этой комбинации значений переменных.

Именно такой подход был принят разработчиками ПЛИС FPGA в фирме Xilinx. Схемы F и G, вырабатывающие значения логических функций, фактически являются очень компактными и быстрыми статическими ЗУ 16×1, а схема Н представляет собой статическое ЗУ 8×1. Когда логический блок используется для выполнения логических операций, то в статическое ЗУ загружаются таблицы истинности логических функций F,G и Н. Время вычисления результата не зависит от воспроизводимой функции и равно времени считывания слова из памяти.

Обратите внимание, что сигналы с выходов схем F и G, а также сигналы, поступающие на дополнительные входы логического блока, можно подать через мультиплексоры группы А на входы схемы Н (см. рис. 1.2), поэтому можно реализовать логические функции с числом переменных больше четырех. Ниже приведен перечень функций, которые можно реализовать с помощью схем F, G и Н в одном логическом блоке:

· любая функция с числом переменных не более четырех плюс любая другая функция с числом переменных не более четырех, которые не связаны с переменными первой функции, плюс любая третья функция с числом независимых переменных не более трех;

· любая одна функция пяти переменных;

· любая функция четырех переменных плюс некоторые другие функции шести переменных, не зависящих от переменных первой функции;

· некоторые функции с числом переменных до девяти, включая проверку на четность и проверку равенства двух 4-разрядных двоичных слов. При соответствующем программировании мультиплексоров группы В сигналы с выходов схем, вырабатывающих значения функций, могут быть выведены на выходы X и У логического блока или запомнены в переключающихся по фронту D-триггерах.

Помимо удобства программирования, применение памяти для хранения таблиц истинности имеет другое важное достоинство. Каждая таблица преобразования LUT (Look-Up Table) может быть использована как оперативное запоминающее устройство с организацией 16x1 или как 16-разрядный сдвиговый регистр. Это дает возможность использовать в проектах небольшие по объему блоки распределенной по кристаллу памяти