Stratix® II 器件新的创新逻辑结构具有无与伦比的性能和逻辑效率。其逻辑结构由称为自适应逻辑模块（ALM）的基本逻辑单元构成。每个ALM含有多种基于LUT（查找表）的资源、两个全加法器、进位链、两个触发器和能够灵活划分为两个自适应LUT（ALUT）的附加增强逻辑。逻辑功能输入达到7个，复杂逻辑算法功能可在一个ALM中实现。
研究表明，在FPGA设计中，输入数量较多的查找表（LUT）能够提供更佳的性能。同时，使用4个或者更少输入阵列的LUT逻辑架构在面积利用上效率更高。Stratix II逻辑结构在这两方面同时达到最佳——其性能能够与基于7输入LUT的FPGA相比，逻辑效率优于采用4输入LUT的可编程器件。图1是单个ALM能够支持的各种LUT配置，表1描述了每个ALM的配置。
图 1. Stratix II ALM配置
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表 1. Stratix II ALM配置 |
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Example |
Description |
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Stratix II器件逻辑结构的每个ALM可实现两个独立的4输入（或更少）LUT。该配置后向兼容，适用于将针对传统4输入LUT FPGA优化过的设计移植到Stratix II器件系列。 |
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Stratix II ALM组可将每个ALM配置为一个5输入LUT（5-LUT）和一个3输入LUT（3-LUT）。两个LUT的输入互相独立。3输入LUT可用于实现具有三个或更少输入的任意逻辑功能。因此也支持一个5输入LUT和一个2输入LUT。 |
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Stratix II体系结构中的ALM组每个ALM可配置实现一个5输入LUT和一个4输入LUT。两个LUT必须共用一个输入。5输入LUT最多具有4个独立输入。4输入LUT最多具有3个独立输入。LUT之间共用输入在FPGA设计中比较普遍，Quartus® II软件将自动寻找这种结构方式的逻辑功能。 |
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Stratix II ALM组的每个ALM可实现两个5输入LUT。在这种情况下，LUT之间共用两个输入，每个5输入LUT最多具有3个独立输入。 |
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Stratix II ALM组的每个ALM支持任意6输入逻辑功能。如果有两个6输入功能具有相同的逻辑操作和4个共用输入，那么这两个6输入功能可在一个Stratix II ALM中实现。 例如，一个具有4数据输入线和两组独立选择信号的4×2交叉连接开关在一个Stratix器件中需要4个LE实现。在一个Stratix II器件中，相同的功能只占用一个ALM。再比如，单个Stratix II ALM可实现具有4个共用输入的两个6输入AND门。Stratix器件实现相同的功能则需要三个LE。 |
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在扩展模式下，Stratix II逻辑结构每个ALM可执行多达7输入的逻辑功能。Quartus II软件自动识别可用7输入功能，将其适配到ALM中。关于一个ALM中能够实现的7输入类型的详细信息，请参考Stratix II器件手册。 |
ALM性能优势
当实现具有大量输入的逻辑功能时，逻辑功能可分解成较小的级联逻辑模块，这些模块受限于FPGA中查找表（LUT）的大小（输入的数量）。每个级联LUT可看作为一个逻辑等级。关键路径上的逻辑等级和可编程布线段数量决定了系统性能。较多的逻辑等级和布线段会有较大的逻辑延时，降低系统性能。
Stratix II ALM远远超出简单的4输入LUT结构，将逻辑容量扩展，可高效构建具有5个或6个输入的任意逻辑功能。请参见图2，对比普通4输入LUT逻辑结构和基于ALM的逻辑结构。当ALM配置为扩展LUT模式时，许多7输入功能可由每个ALM实现。利用ALM来实现具有更多输入数量的功能，Stratix II逻辑结构通过以下措施，平均提高50％的性能：
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减少实现全部组合逻辑所需的逻辑等级数量
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减少实现4输入LUT所需的额外可编程布线资源
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降低对普通布线资源的需求
图 2. Stratix II ALM固有的6输入LUT实现更少的逻辑等级，降低可编程布线延时
ALM逻辑效率优势
与前代FPGA系列相比，ALM灵活的逻辑结构使Stratix II FPGA在逻辑使用效率上平均高出25％。关键创新点在于Stratix II ALM能够实现两个大小相同或不同的LUT，能够恰当匹配设计中分解成更小和不同大小逻辑模块的组合逻辑。
Quartus II软件可自动利用Stratix II ALM的全部潜力，实现不同大小的LUT。如图3所示，在传统的4输入LUT结构中实现三变量功能时，浪费了第4个没有使用的输入。但是对于一个Stratix II ALM，实现一个3变量功能后，还可以用于实现一个5输入功能。
图 3. Stratix II逻辑效率实例
Stratix II逻辑结构进一步提高了逻辑效率，在一个ALM中可实现两个执行相同逻辑操作的6输入LUT。如图4所示，一个4×2交叉连接开关在普通4输入LUT结构中占用了4个LUT；而相同的设计可由一个Stratix II ALM实现。
图 4. 普通4输入LUT逻辑结构与Stratix II 4×2交叉连接开关逻辑结构
一个Stratix II ALM中实现宽输入LUT获得的优异性能以及出众的逻辑效率使Stratix II器件系列成为实现高性能和高密度设计的理想选择。关于Stratix II体系结构改进和优势的详细分析，请参考Stratix II器件性能和逻辑效率分析白皮书。关于Stratix II和Virtex体系结构的详细分析，请参考Stratix II和Virtex体系结构逻辑结构对比白皮书。
