可配置逻辑块CLB

可配置逻辑块由4个相互连接的Slice和附加逻辑构成，用于实现组合逻辑和时序逻辑。其拓扑结构如图1所示，每一对Slice分布在同一列并共有一条独立的进位链。

图1 CLB拓扑结构

用于组成同一个CLB的4个Slice共用以下两个函数发生器、两个存储单元、多层函数复用器、进位逻辑和算术逻辑，如图2所示。左侧的Slice通常用SliceM表示；右侧的Slice对通常用SliceL表示，它们通过这些单元实现逻辑、算术和ROM的功能。除此之外，SliceM还可以用做两种特殊的功能，即分布式RAM和16bit移位寄存器，分别用于数据存储和数据移位操作。同时通过这个简图可以清楚了解除了SliceM所特有的功能外，在其他Slice中也同样存在的各个单元和相互之间的连接关系。

基于RAM的函数发生器，也就是通常所说的查找表是用于实现逻辑功能的主要部件，而且SliceM中的分布式RAM和移位寄存器就是用它来实现的，分别用字母“G”和“F”来表示上一部分和下一部分的查找表。

图2 SliceM简图

存储单元可以通过编程用做D触发器或锁存器，可以提供数据与时钟同步的功能。上一部分的存储单元称为“FFY”，下一部分的存储单元称为“FFX”。

多层函数复用器结构(Wide-function multiplexers)通过高效地组合相关查找表来实现复杂的逻辑功能，每个Slice拥有两个组这类的复用器，中间的F5MUX和FiMUX分别位于Slice的上下两个部分。

进位逻辑由进位链和专用的算术逻辑门组成，用于完成快速高效的数学运算。进位链由5个复用器控制，分别为CYINIT、CY0F、CYMUXF、CY0G和CYMUXG。

算术逻辑包括1个异或门(XORG)、1个专用的乘累加(MULT-AND)，异或门可以使1个Slice实现两位全加操作，专用的乘累加用于提高乘法器逻辑的速度和效率。

Spartan-3的CLB具有大量的专用多路复用器，这些专用复用器可以提高多层复用结构和多输入函数的性能。比如，用一个32:1的复用器可以在同一级逻辑层实现一个79输入的布尔逻辑函数。这些复用逻辑包括4个F5MUX、两个FGMUX、1个FTMUX和1个FSMUX四种类型的复用结构(器)。F5MUX表示可以用来建立任何5输入的函数，以此类推，FSMUX可以用来创建任何8输入的函数。多路复用结构如图3所示，图中MUXF5复用了两个基本的LUT，最大可以实现一个9输入函数：MUXF6复用两个MUXF5，相当于4个LUT被复用，最大可以实现一个19输入函数；MUXF7复用两个MUXF6，相当于8个LUT被复用，最大可以实现一个39输入函数；而MUXF8复用两个MUXF7，相当于两个基本的CLB单元(相邻的)被复用，最大可以实现一个79输入函数。

图3 Spartan-3的多路复用结构

从图中还可以看出专用复用器有个很明显的优势，就是有专用的布线资源来连接不同级别的复用器。虽然在同一个CLB中每个复用器都被设计成只有一个输出端口，并且输出都只被回连到CLB的输入端。但是这些互连所用的布线资源都是0延时的，因此可以把同一个CLB中的所有复用器看做是一个串联关系。

F5MUX复用器的输出连到一个FiMUX的输入端，FiMUX的输出被连到同一个CLB中上一层的其他FiMUX；而FTMUX的输出在需要的情况下还可以连接另一个CLB中。

概括起来，在Spartan-3、Spartan-3E、Spartan-3A和Spartan-3AN系列的每个基本的CLB单元是由4个Slice、两个三态缓冲器TBUF构成，其中包含8个查找表LUT、8个可编程触发器、8个“乘累加”逻辑门和两个算术进位链。可以在一个CLB中实现64位的分布式RAM或64位的基于查找表的移位寰存器(SRL16)，并且提供丰富的多路复用结构和数据通道，从而保证内部互连的特性。