1. 把FPGA 基本單元（如LUT+FF，ESB/BRAM）和實現(xiàn)相同功能的標(biāo)準(zhǔn)門陣列比較，
門陣列中包含的門數(shù)即為該FPGA 基本單元的等效門數(shù)，然后乘以基本單元的數(shù)目就
可以得到FPGA 門數(shù)估計值；
2. 分別用FPGA 和標(biāo)準(zhǔn)門陣列實現(xiàn)相同的功能，從中統(tǒng)計出FPGA 的等效門數(shù)，這種方
法比較多的依賴于經(jīng)驗數(shù)據(jù)。
對于第一種方法，F(xiàn)PGA 包括LUT/FF/RAM 等資源，分析各種資源等效門數(shù)時，總原則
是等效原則，就是實現(xiàn)相同的功能，在標(biāo)準(zhǔn)門陣列中需要的門數(shù)就是FPGA 該資源等效門數(shù)，
例如實現(xiàn)一個帶寄存器輸出的4 輸入XOR，在FPGA 中需要用一個LUT 和1 個FF 實現(xiàn)，在
標(biāo)準(zhǔn)門陣列中一般要用21 個與非門實現(xiàn)，于是1 個LUT＋1 個FF 等效于21 個門。對ESB
（BRAM），由于用標(biāo)準(zhǔn)門陣列實
現(xiàn)1bit 的RAM 時一般需要4 個門，因此ESB/BARM 做RAM 使用時，1bit 等效4 個門，
對Altera FPGA 中一個2048bit 的ESB，等效門數(shù)為8K。光靠這些數(shù)據(jù)還不能比較準(zhǔn)確地計
算出FPGA 的等效門數(shù)。因為這只是一種簡單情況，實際情況要復(fù)雜很多。例如，如果實現(xiàn)
的是帶寄存器輸出地2 輸入XOR，F(xiàn)PGA 也要用1 個LUT＋FF，而標(biāo)準(zhǔn)門陣列只需要8 個
NAND，于是1 個LUT+1 個FF 只等效于8 個門。同時特定功能的實現(xiàn)，在不同的標(biāo)準(zhǔn)門陣
列系列中需要的門數(shù)也不一樣，因此等效門的計算只能是個大概的數(shù)值。也就是說對于某一
具體型號FPGA 的門數(shù)估計，與FPGA 資源的用途有密切關(guān)系。LUT 用于實現(xiàn)2 輸入XOR
和4 輸入XOR 等效門數(shù)不一樣（分別為1 和13）；FF 不帶異步清零、復(fù)位、時鐘使能和帶
這些端口的等效門數(shù)不同（分別為8 和13）；ESB（BRAM）做RAM 使用時，1bit 等效4 個
門，1 個2048bit 的BRAM 等效8K 門，但是做查找表使用時可能只相當(dāng)于不到200 門。因此
估計FPGA 的等效門數(shù)需要做更細(xì)致的分析。
圖1 顯示了EP20K 系列的等效門數(shù)等參數(shù)
Feature??????????????????????????????? EP20K1000E
Typical Gates?????????????????????????? 1,000,000
Maximum System Gate???????????????????? 1,770,000
Logic Elements?????????????????????????? 38,400
Embedded System Blocks?????????????????? 160
Maximum RAM Bits???????????????????????? 327,680
Maximum Macrocells?????????????????????? 2,560
Maximum I/O Pins???????????????????????? 716
圖1 EP20K 系列的等效門數(shù)
下面以EP20K1000E 為例詳細(xì)說明FPGA 等效門數(shù)的估計方法。
1．計算邏輯陣列的等效門數(shù)
估算EP20K1000E 的門數(shù)時，把FPGA 特定資源和LCA300K 標(biāo)準(zhǔn)邏輯陣列的門數(shù)（LSI
LCA300K Data Book）比較，可以對FPGA 等效門做出估計。FPGA 一個LUT＋FF 等效門數(shù)
計算如圖2 所示
Implementations???????????? APEX 20K? LUT????? LSI Gates???? APEX 20K Register? LSI Gates? Total
Simple LCA300K function?? Two input AND gate???? 1??????????? D-Type Flipflop?????? 7???????? 8
Complex LCA300K function?? Four XOR gate????????? 13?????? D-Type Flipflop with???? 8???????? 21
???????????????????????????????????????????????????????? clear, present and clock
????????????????????????????????????????????????????????? enable signal
圖2 一個LUT＋FF 等效門數(shù)
即LUT＋FF 等效于8～21 個門，上限和下限分別由實現(xiàn)簡單函數(shù)、復(fù)雜函數(shù)分別界定。
APEX20K 的等效門數(shù)也可以根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)獲得，把超過100 個針對4 輸入LUT 的設(shè)計用
FPGA 實現(xiàn)，同時用LCA300K gate arrays 和Design Compiler 實現(xiàn)，比較相同的設(shè)計FPGA 所
用的LE 數(shù)目和LCA300K 所用的門數(shù)可知，每個LE 相當(dāng)于12 個門。EP20K1000E 有38400
個LE，于是相當(dāng)于46 萬門。
2．計算ESB 的等效門數(shù)
RAM 中一個bit 所需要的門數(shù)與RAM 的體系結(jié)構(gòu)、工藝、廠商等有關(guān)，一般而言，1bit
相當(dāng)于4 個門，Altera 也采用這個標(biāo)準(zhǔn)，這樣可以方便地估計ESB 等效門數(shù)。
計算ESB 等效門數(shù)也可以采用和LSI LCA300K 比較的方法，即通過與實現(xiàn)相同容量RAM 在
LCA300K 所用的門數(shù)相比較，從而得到ESB 的每一bit 相當(dāng)于多少門，從而計算出ESB 的
等效門數(shù)，參考圖3。
Memory Function????????????????? Gates???????????????????? Gates per Bit
128×8 single-port SRAM????????? 4,620??????????????????????????? 4.5
128×16 single-port SRAM???????? 7,980??????????????????????????? 3.9
128×32 single-port SRAM???????? 14,700?????????????????????????? 3.6
128×16 dual-port SRAM?????????? 8,300??????????????????????????? 4.1
128×32 dual-port SRAM?????????? 14,910?????????????????????????? 63.6
圖3 ESB 的等效門數(shù)
從上表可見，4gates/bit 是一個比較合適的估計，于是EP20K1000E 的ESB 等效門數(shù)為
160 ESBs X 2,048 bits per ESB X 4 gates per bit = 1,310,720 gates，即約為130 萬門。
總而言之，對EP20K1000E，LUT+FF 等效門數(shù)約為46 萬（經(jīng)驗數(shù)值），ESB 全用作RAM 時
等效門數(shù)約為130 萬，所以最大系統(tǒng)門數(shù)為170 萬。
結(jié)論：
FPGA 等效門數(shù)估計方法可以是把FPGA 資源基本單元（如LUT+FF，ESB）和實現(xiàn)相同
功能的標(biāo)準(zhǔn)門陣列相比得到FPGA 基本單元等效的門數(shù)，然后乘以單元的個數(shù)得到整個FPGA
等效門數(shù)。也可以是實現(xiàn)很多設(shè)計，和用標(biāo)準(zhǔn)門陣列相比，從中統(tǒng)計出等效門數(shù)。
FPGA 的等效門數(shù)估計一般分為LUT+FF 和ESB（BRAM）兩部分，LUT＋FF 等效于8～
21 個門，典型值為12；ESB 做RAM 使用時，一般相當(dāng)于4 門/bit，此時估計出的門數(shù)最多，
如果ESB 做乘積項/LUT 則等效門數(shù)大大減小，例如對EP20K1000E，前者為130 萬，后者為
2 萬。