2024年6月5日发(作者：翦翠丝)
FPGA的逻辑单元与门是什么对应关系2008/10/22 16:09
/ctb/?mods=topicdisplay&forumid=7&posti
d=27
一般而言FPGA等效门数的计算方法有两种，一是把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；二是分别用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 SB/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。
下面以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标准逻辑阵列的门数
（LSI LCA300K Data Book）比较，可以对FPGA等效门做出估计。FPGA一个LUT
＋FF等效门数计算如图2所示
即LUT＋FF等效于8～21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100个针对4输入LUT
的设计用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，Altera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。
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（BRAM）两部分，LUT＋FF等效于
8～21个门，典型值为12；ESB做RAM使用时，一般相当于4门 /bit，此时估
计出的门数最多，如果ESB做乘积项/LUT则等效门数大大减小，例如对
EP20K1000E，前者为130万，后者为2万。
2024年6月5日发(作者：翦翠丝)
FPGA的逻辑单元与门是什么对应关系2008/10/22 16:09
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d=27
一般而言FPGA等效门数的计算方法有两种，一是把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；二是分别用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 SB/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。
下面以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标准逻辑阵列的门数
（LSI LCA300K Data Book）比较，可以对FPGA等效门做出估计。FPGA一个LUT
＋FF等效门数计算如图2所示
即LUT＋FF等效于8～21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100个针对4输入LUT
的设计用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，Altera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。
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（BRAM）两部分，LUT＋FF等效于
8～21个门，典型值为12；ESB做RAM使用时，一般相当于4门 /bit，此时估
计出的门数最多，如果ESB做乘积项/LUT则等效门数大大减小，例如对
EP20K1000E，前者为130万，后者为2万。