MCU里的可配置邏輯模塊你會用嗎？

作者：時間：2024-10-25 來源：Digikey

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概述

本文引用地址：http://www.czjhyjcfj.com/article/202410/464023.htm

在現代電子設計中，靈活性和高效性是關鍵。微控制器如配備了可配置邏輯模塊 (CLB) ，可以滿足了對片上數字邏輯的需求，無需使用外部邏輯芯片。這種高度靈活的邏輯單元，能夠在不增加額外硬件的情況下，實現復雜的邏輯功能, 從而節省BOM成本和PCB空間。

這一集，Microchip的專家會為我們詳細分享可配置邏輯模塊（CLB）如何在微控制器（MCU）上實現比以往更大規模的硬件數字邏輯設計成為可能，并且它還能夠在睡眠模式下運行，從而以極低的功耗進行復雜的處理。

嘉賓介紹

吳濤 Tao Wu

MCU8產品部應用工程師

現于Microchip Technology Inc.（微芯科技公司）上海分公司任應用工程師。他于2022年加入Microchip，在嵌入式行業有著2年的工作經驗。吳濤在嵌入式產品方面，有著豐富的研發及應用經驗。他目前在Microchip負責8位單片機產品的應用。吳濤于2019年畢業于謝菲爾德大學，獲得電子電氣工程學士學位和計算機科學碩士學位。

什么是可配置邏輯模塊？

可配置邏輯模塊（CLB）是一種嵌入式邏輯單元，集成在微控制器或FPGA（現場可編程門陣列）中。它允許設計者通過軟件配置，實現特定的邏輯功能，而無需額外的硬件電路。這種靈活性使得CLB在各種應用中都能發揮重要作用，從簡單的邏輯控制到復雜的信號處理。

CLB的主要特點

靈活性：CLB可以通過軟件進行配置，適應不同的應用需求。設計者可以根據具體的項目需求，快速調整邏輯功能。
高效性：由于CLB集成在微控制器或FPGA中，減少了外部硬件的需求，從而降低了系統的復雜性和成本。
可重配置性：CLB可以在運行時進行重新配置，使得系統能夠動態適應不同的工作模式和條件。
低功耗：CLB的設計注重功耗優化，適用于對能耗敏感的應用場景。

CLB的應用領域

工業自動化：在工業控制系統中，CLB可以用于實現復雜的邏輯控制和信號處理，提高系統的響應速度和可靠性。
消費電子：在智能家居設備和可穿戴設備中，CLB可以實現靈活的邏輯控制，提升用戶體驗。
汽車電子：在汽車電子系統中，CLB可以用于實現實時信號處理和控制，提高車輛的安全性和性能。
通信系統：在通信設備中，CLB可以用于實現高速數據處理和傳輸，提高通信效率。

CLB的核心是32個互連的基本邏輯單元（BLEs）。每個BLE是一個4輸入查找表，也稱為LUTs，可以配置模擬各種邏輯門。輸入和輸出可以連接到MCU的其余部分。CLB還具有3位硬件計數器和邊緣檢測能力。

CLB外設包括16個輸入源，將CLB連接到外部信號，并提供32個CLBSWIN信號與CPU交互。CLBSWIN信號是不同信號路由進入CLB進行處理的路徑，并提供靈活性以根據應用程序的特定需求配置邏輯塊。此外，所有配置值都由原理圖合成器設置。

CLB可以包含多達32個基本邏輯單元，包括：

AND/OR/NAND/NOR門
緩沖器/反向緩沖器
D觸發器
JK觸發器
多路復用器
4輸入查找表（LUT）

可配置邏輯模塊能實現的功能

應用機會及用例探究

具有冗余配置的系統
具有安全預防措施的系統
空間敏感型應用
取代分立式邏輯芯片, CPLD, 低端FPGA, 應用中組合使用的MCU + CPLD/FPGA

CLB合成器

CLB合成器是一個用于配置CLB的集成工具。與其設置50多個寄存器，不如通過圖形化設計或編寫Verilog代碼，該工具會將其轉換為CLB可以讀取的配置。在運行時，CLB比特流使用CRC模塊加載，以防止意外的配置更改。該工具集成在Microchip Code Configurator中，也可以作為獨立工具在 logic.microchip.com/clb 上使用。