[发明专利]可分裂的查找表及逻辑元件

说明书

本申请是申请日为2004年2月9日、申请号为200410033018.8、发明名称为“可分裂的查找表及逻辑元件”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及与可编程逻辑设备或者其他类似设备一同使用的逻辑元件。

背景技术

可编程逻辑设备(“PLD”)(有时也称为CPLD，PAL，PLA，FPLA，EPLD，EEPLD，LCA，FPGA，或者其他的名称)是众所周知的集成电路，其提供了固定集成电路的诸多优点和自定义集成电路的灵活性。这样的设备在本领域是众所周知的，并且典型地提供一种其至少一个部分能够被电子编程以满足用户的特殊需要的“不用定制的”的设备。传统上，专用集成电路(“ASIC”)是固定集成电路，然而，可能提供具有一个或者多个可编程部分的ASIC；因而，集成电路设备可能同时具有ASIC和PLD的特性。在这里使用的术语PLD将被认为是足够广泛的，并且包括了这样的设备。

典型地，PLD包括逻辑元件块，其有时被称为逻辑阵列块(“LAB”)或者“可配置逻辑块”(“CLB”)。逻辑元件(“LE”)也用其他的名字进行命名，诸如“逻辑电路”或者“逻辑单元”，该逻辑元件块也可以包括一个查找表(“LUT”)，乘积项(product term)，执行链，寄存器，以及其他的元件。

包括基于LUT的逻辑元件在内的逻辑元件，典型地包括可配置元件，这些可配置元件保存了用于决定逻辑元件所实现的一个或多个特殊函数的配置数据。典型的LUT电路可以包括保存数据(“1”或者“0”)的RAM比特。然而，可以使用其他类型的可配置元件。一些示例可以包括静态存取存储器，磁存取存储器，铁电存取存储器或者动态随机存取存储器，电可擦只读存储器，闪存，熔断式可编程连接，反熔断式可编程连接。在设备的制造期间通过掩模程序设计也能实现配置元件的编程。尽管掩模程序设计相对于一些已经列出的现场可编程的可选方案可能具有一些缺点，但是其可以被用于某种大量生产应用中。为了这个目的，通用术语“存储元件”将被用于指任意一种可编程元件，其可以被配置以决定由PLD所实现的函数。

正像前面所讨论的，通常将查找表(“LUT”)用作基本逻辑元件来构造PLD。例如，一个K-输入查找表(K-LUT)典型地包括2^K个可编程存储元件，以及一个2^K到1的多路复用器，在K个至多路复用器的选择输入的控制下选择其中一个存储元件。这K个输入可被认为是K-输入逻辑函数的输入，通过将存储元件的内容设置为合适值，就可以实现任意特殊的所需的逻辑函数。

在用LUT构造的逻辑电路的成本和速度之间存在一个权衡。典型地，每一LUT的成本随着K的选择而按指数规律地增长，K值越高，构造逻辑电路所需的LUT的数量的降低速度越慢。然而，对于更大的K值，串联的LUT的数量将减少，使得逻辑电路变得更快。例如，采用K＝4，将需要十六个存储元件和一个16∶1的多路复用器以构造一个单一的LUT，并且对于K＝6，将需要六十四个存储元件和一个64∶1的多路复用器。一个给定的逻辑电路可以需要一千个4-LUT，但是仅需要八百个6-LUT。在这种假定下，需要更多的硬件来构造6-LUT逻辑元件，因为LUT数量的减少不足以补偿每一LUT复杂性的提高。然而，对于6-LUT电路系统越来越高的硬件需求由延迟的减少来补偿。经过逻辑电路最长的路径可以是十个4-LUT或八个6-LUT。这样，6-LUT形式的电路可能更大，但是更快。此外，6-LUT电路将或许需要更少的PLD可编程路由，这部分地补偿了更高的成本所带来的影响。

较大LUT的效率较低的一个原因是，不是所有的逻辑函数都将使用所有的K个输入。对于前面所述的示例，八百个6-LUT实际可以包括三百个6-输入函数，三百个5-输入函数，一百个4-输入函数以及一百个3-输入函数。因而，基于6-LUT的LE在八百中仅有三百个能完全发挥其作用。

这样，需要这样一种具有可编程结构的逻辑元件：它能被配置为实现相对大的LUT，或者做为替换，实现多个较小的LUT。

发明内容

按照本发明的第一方面，提供了一种可编程逻辑设备，其包括：存储器；可分裂的查找表LUT，所述可分裂的LUT包括多个操作模式，所述操作模式包括非分裂操作模式和分裂操作模式，所述非分裂操作模式生成来自第一等级的多路复用器的单个输出，所述分裂操作模式生成来自第二等级的多路复用器的多个输出。