FPGA等效门数的计算方法

1、（转）FPGA等效门数的计算方法（尤其注意红颜色部分）发布：2009-10-28 09:58 |作者：XDQQ | 来源：FPGA 门户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，从中统计岀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

2、资源等效门数，例如实现一个带寄存器输岀的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 计算岀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岀地 2输入XOR，FPGA也要用1个LUT + FF，而标准门阵列只

3、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

4、1显示了 EP20K系列的等效门数等参数FeatureEP20K1000ETypical Gates1,000,000标准逻辑阵列的门数（ LSILCA300K Data Book）比较，可以对 FPGA 等效门做出估计。FPGA 一个 LUT FF 等效门ImplementationsAPEX 20K LUTLSI GatesAPEX 20KSimple LCA300K functionTwo input AND gateD-TypeComplex LCA300K functionFour XOR gate13D-Type Flipflopwith 821100 个针对 4 输入 LUT 的

5、设计用Logic Elements38,400Embedded System Blocks160Maximum RAM Bits327,680Maximum Macrocells2,560Maximum I/O Pins716图 1 EP20K 系列的等效门数面以 EP20K1000E 为例详细说明 FPGA 等效门数的估计方法。1 计算逻辑阵列的等效门数估算 EP20K1000E 的门数时，把 FPGA 特定资源和 LCA300K计算如图 2 所示Register LSI Gates TotalFlipflopclear, present and clockenable signal图 2

6、一个 LUT FF 等效门数即LUT + FF等效于821个门，上限和下限分别由实现简单函数、复杂函数分别界定。APEX20K 的等效门数也可以根据经验数据获得，把超过FPGA 实现，同时用 LCA300K gate arrays和 Design Compiler 实现， 比较相同的设计FPGA 所用的 LE 数目和 LCA300K 所用的门数可知，每个 LE 相当于 12 个门。 EP20K1000E 有 38400个LE，于是相当于 46万门。2计算 ESB 的等效门数RAM 中一个 bit 所需要的门数与 RAM 的体系结构、工艺、厂商等有关，一般而言，1bit相当于 4 个门， Alt

7、era 也采用这个标准，这样可以方便地估计 ESB 等效门数。计算 ESB 等效门数也可以采用和 LSI LCA300K 比较的方法， 即通过与实现相同容量 RAM 在LCA300K 所用的门数相比较，从而得到 ESB 的每一 bit 相当于多少门，从而计算出 ESB 的 等效门数，参考图 3 。Memory FunctionGatesGates per Bit128 x 8 single-port SRAM4,6204.5128 x 16 single-port SRAM7,9803.9128 x 32 single-port SRAM14,7003.6128 x 16 dual-port

8、SRAM8,3004.1128 x 32 dual-port SRAM14,91063.6图 3 ESB 的等效门数从上表可见， 4gates/bit是一个比较合适的估计，于是EP20K1000E 的 ESB 等效门数为160 ESBs X 2,048 bits per ESB X 4 gates per bit = 1,310,720 gates，即约为 130 万门。总而言之，对 EP20K1000E ，LUT+FF 等效门数约为 46 万（经验数值）， ESB 全用作 RAM 时等效门数约为 130 万，所以最大系统门数为 170 万。结论：FPGA 等效门数估计方法可以是把 FPGA 资源基本单元（如 LUT+FF ，ESB ）和实现相同 功能的标准门阵列相比得到 FPGA 基本单元等效的门数，然后乘以单元的个数得到整个 FPGA 等效门数。也可以是实现很多设计，和用标准门阵列相比，从中统计出等效门数。FPGA 的等效门数估计一般分为LUT+FF 和ESB