FPGA门数计算方法
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2009-11-17
12:21:51
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Altera的ＦＰＧＡ门数计算方法
FPGA等效门数的计算方法有两种：
1. 把 FPGA 基本单元（如 LUT+FF，ESB/BRAM）和实现相同功能的标准门阵列比较，
门阵列中包含的门数即为该 FPGA 基本单元的等效门数，然后乘以基本单元的数目就
可以得到 FPGA 门数估计值；
2. 分别用 FPGA 和标准门阵列实现相同的功能，从中统计出 FPGA 的等效门数，这种方
法比较多的依赖于经验数据。
对于第一种方法，FPGA 包括 LUT/FF/RAM 等资源，分析各种资源等效门数时，总原则
是等效原则，就是实现相同的功能，在标准门阵列中需要的门数就是 FPGA 该资源等效门数，
例如实现一个带寄存器输出的 4 输入 XOR，在 FPGA 中需要用一个 LUT 和 1 个 FF 实现，在
标准门阵列中一般要用 21 个与非门实现，于是 1 个 LUT＋1 个 FF 等效于 21 个门。对 ESB
（BRAM），由于用标准门阵列实
现 1bit 的 RAM 时一般需要 4 个门，因此 ESB/BARM 做 RAM 使用时，1bit 等效 4 个门，
对 Altera FPGA 中一个 2048bit 的 ESB，等效门数为 8K。光靠这些数据还不能比较准确地计
算出 FPGA 的等效门数。因为这只是一种简单情况，实际情况要复杂很多。例如，如果实现
的是带寄存器输出地 2 输入 XOR，FPGA 也要用 1 个 LUT＋FF，而标准门阵列只需要 8 个
NAND，于是 1 个 LUT+1 个 FF 只等效于 8 个门。同时特定功能的实现，在不同的标准门阵
列系列中需要的门数也不一样，因此等效门的计算只能是个大概的数值。 也就是说对于某一
具体型号 FPGA 的门数估计，与 FPGA 资源的用途有密切关系。LUT 用于实现 2 输入 XOR
和 4 输入 XOR 等效门数不一样（分别为 1 和 13）；FF 不带异步清零、复位、时钟使能和带
这些端口的等效门数不同（分别为 8 和 13）；ESB（BRAM）做 RAM 使用时，1bit 等效 4 个
门，1 个 2048bit 的 BRAM 等效 8K 门，但是做查找表使用时可能只相当于不到 200 门。因此
估计 FPGA 的等效门数需要做更细致的分析。
图 1 显示了 EP20K 系列的等效门数等参数
Feature EP20K1000E
Typical Gates 1,000,000
Maximum System Gate 1,770,000
Logic Elements 38,400
Embedded System Blocks 160
Maximum RAM Bits 327,680
Maximum Macrocells 2,560
Maximum I/O Pins 716
图 1 EP20K 系列的等效门数
下面以 EP20K1000E 为例详细说明 FPGA 等效门数的估计方法。
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