FPGA 布线开关的电路设计

在分析隔离岛式FPGA布线结构的基础上，设计了导通晶体管布线开关和三态缓冲布线开关。设计了级恢复电路，解决了导通晶体管开关引起的静态功耗问题。提出了基于扇人的三态缓冲开关bufm，避免了一般缓冲开关的扇出问题。最后，我们对各种布线开关的延时特性作了比较，提出了一些合理的建议。     

MUX-buffer开关互连结构的FPGA芯片I/O互连设计

硬件结构及电子设计的质量是决定FPGA性能的两个重要因素。针对这两个方面,提出了一种通用的FP-GA芯片I/O互连结构,利用"回线"的终端互补原理对各种互连线的悬空终端进行连接。根据所提出的I/O互连结构的特点,在较少编程点的前提下,减少传输管级联个数,对多路选择器和缓冲器进行优化,提出了一种节省芯片面积且速度较快的基于MUX-Buffer结构的布线开关。该结构已在FPGA芯片中实现,对I/O互连的仿真及测试结果表明,所提出的结构及电路实现具有很好的延时可预测性,与常规MUX结构相比,面积-延时乘积降低了10%左右。     

层次式布线资源FPGA连线开关的设计

提出了一种层次式布线资源FPGA连线开关的设计方法,采用迷宫算法,对连线开关的结构进行了分析.针对连线连接盒CB(connection box),提出了较为节省芯片面积的半连通结构;针对连线开关盒SB(switch box),在给出连通度fs概念后,提出了使SB连通能力达到最大值的设计方法,并通过数学推导予以证明.应用这种设计方法,设计了一种fs＝3的SB;成功地实现了采用这种结构的SB和半连通CB作为连线开关的FPGA芯片FDP-100K.该芯片在电路布通率和芯片面积方面取得了较好的平衡结果.     

FPGA中开关矩阵的研究

开关矩阵是现场可编程门阵列FPGA芯片中最重要的组成部分之一。通过对FPGA中开关矩阵进行分析和研究,介绍了开关矩阵的布局和绕线方式,建立了开关矩阵的基本模型,对开关矩阵模型进行了仿真、分析和优化。重点分析了开关矩阵速度与各参数因子之间的关系,结果表明优化后的开关矩阵具有很好的性能。     

基于FPGA的开关盒互连容错算法的研究

FPGA主要由两个基本部分组成,一是可配置逻辑部件,另一部分就是互联网络,负责对可配置逻辑块间的通信。FPGA内部大约80%的晶体管都是作为可编程开关和缓冲器来完成可编程路由网络工作的。文中主要对出现错误的开关盒阵列中可执行的路径数量进行评估,并且使用算法找到合适的路径,避开错误。     

索尼光布线技术用于Cell家电互连

据索尼材料研究所光电子研究部荒水田孝博介绍：“将来，希望能在集成了Cell的家电之间实现HDTV视频的瞬间传输。要实现这一目标，必须使用光互连。”     

FPGA开关盒数学模型的研究

基于图论的数学理论,对Xilinx公司主流产品之一的XC5VSX95T中的开关盒进行分析,提出一种分层建模的概念,并对开关盒的pips进行分类再分析,最后用C语言对其进行定义和描述。将开关盒模型加入XC5VSX95T的互连模型中并导入计算机,通过搜索算法求取测试路径。经过软件检查和测试,所得到的开关盒模型能够满足软件的DRC规则,并通过软件的编译。研究得出的开关盒模型能够准确描述XC5VSX95T中的开关盒互连关系,提高计算机自动布线和布线资源测试的效率。     

准确的FPGA互连长度和通道宽度估计

提出了一种新的FPGA互连预测算法,包括互连长度估计算法和通道宽度估计算法.实验结果表明,与现有算法相比,该估计算法能获得更准确的估计结果.     

FPGA开关矩阵中基于通道结构的漏电流优化方法

从通道互连结构角度考虑,该文提出一种降低FPGA中开关矩阵漏电流的方法。根据漏电流与电路输入、输出状态有关的结论,利用连线开关盒(SWB)对信号的传输特性,将FPGA中开关矩阵的漏电优化等效在小规模的矩阵单元中实现。因为能够在有限的输出状态组合中搜寻最小漏电状态,相比仅通过电平恢复器确定SWB输出状态的方法,该算法能有效地降低漏电流,并且兼容电路级的漏电流优化方法。     

混合型FPGA开关盒优化设计方法及应用

FPGA开关盒的设计主要关注于一种跨度互联线相互连接的研究。在这些开关盒中,不同跨度的互联线相互分隔和独立,在一定程度降低了互联的性能和利用率。提出了一种可以将不同跨度互联线通过可编程开关进行连接的混合型开关盒设计思想,提高10%互连结构的性能,而不会增加芯片面积以及功耗。此设计方法在复旦大学FDPFPGA芯片互联结构中得以应用。     

FPGA布线结构的蒙特卡罗评估

提出一种基于蒙特卡罗技术的FPGA结构研究新方法。该方法在布线资源中随机产生均匀分布的开路故障,并绕开障碍物布线互连,不依赖于CAD算法和基准电路。开关块拓扑分析实例表明该方法与CAD方法的结论一致,而评估时间从15小时缩短到15分钟。     

一种用于FPGA的新型混合布线算法

布尔可满足性是计算机科学中最基础的问题之一,已经出现了包括著名的基于查找的SAT算法在内的各种算法.对于传统的一次布通一条线网的方法,基于布尔可满足性的算法有着独特的优点,例如:同步线网嵌入及可布通性确定.然而基于SAT的布线法在可扩展性方面有很大缺陷.而另一方面,几何查找布线算法即使具有广泛的拆线重布线的能力,但当北一个问题具有严格的布线约束条件时,它在布线方案收敛方面存在很大困难.文章提出了将一种布尔可满足性算法与VPR430相结合的新型、有效的混合布线算法.试验结果表明与相应的纯几何布线算法相比,这种算法在运行时间上有了极大的改善(减少了29%),并且对布线整体方案无不良影响.     

Interconnect Driver Design for Long Wires in Field-Programmable Gate Arrays

Each new semiconductor technology node brings smaller, faster transistors and smaller, slower wires. In particular, long interconnect wires in modern FPGAs now require rebuffering at interior points in the wire. This paper presents a framework for designing and evaluating long, buffered interconnect wires in FPGAs with near-optimal delay performance using HSPICE-derived delays. Given a target physical wire length, width, and spacing, the method determines the number, size, and position of buffers required to obtain the fastest signal velocity for programmable interconnect. While traditional hand-calculations used for ideal repeater placement can be used, they are not very accurate and ignore practical constraints such as the overhead effects of front-end multiplexing and driving logic, “finite” wire length, and a discrete number of repeaters. A metric introduced during the design is the “path delay profile”, or the arrival time of a signal at different points of a long wire. This method is used to design buffering strategies for interconnect based on 0.5, 2, and 3 mm wire lengths in 180 nm technology. These interconnect designs are coded into VPR along with an improved timing analyzer which accurately determines the “path delay profile” arrival times. Using VPR, average critical-path delay is reduced by 19% for 0.5 mm wires and by up to 46% for 3mm wires over previous designs.

一种专用可重配置的FPGA嵌入式存储器模块的设计和实现

本文设计了一种满足FPGA芯片专用定制需求的嵌入式可重配置存储器模块.一共8块,每块容量为18Kbits的同步双口BRAM,可以配置成16K×1bit、8K×2bits、4K×4bits、2K×9bits、1K×18bits、512×36bits六种不同的位宽工作模式;write_first、no_change两种不同的写入模式.多个BRAM还可以通过FPGA中互连电路的级联来实现深度或宽度的扩展.本文重点介绍实现可重配置功能的电路及BRAM嵌入至FPGA中的互连电路.采用SMIC 0.13μm 8层金属CMOS工艺,产生FDP-II芯片的完整版图并成功流片,芯片面积约为4.5mm×4.4mm.运用基于March C+算法的MBIST测试方法,软硬件协同测试,结果表明FDP-II中的BRAM无任何故障,可重配置功能正确,证实了该存储器模块的设计思想.     

一种面向应用的FPGA互连资源故障检测方法

从面向应用的角度出发,针对FPGA内部互连资源提出一种新的故障检测方法。该检测方法先测试原设计故障的连接,再通过向FPGA下载新的配置程序定位故障。除借鉴以往故障检测方法的四种配置模型外,又提出了四种新的配置用来区分同一连接点内部多个开关故障及SM(Sw itch M atrix)间的多个连接故障。所提出的检测方法不仅减少检测时间,还提高了故障定位的准确度和故障覆盖率。     

FPGA中通用互连结构的设计与优化

介绍了一款基于SRAM技术的FPGA电路的通用互连结构.在对其通用互连线的延时模型进行分析的基础上,提出了一种改进的互连结构.基于CSMC 0.6 μm工艺下的SPICE仿真及流片结果表明,改进后的互连结构性能提高了约10%.     

FPGA芯片中的交叉开关设计

作为一种可重复使用的器件，现场可编程门阵列（FPGA）受到越来越多的关注，它以面积为代价换取使用的灵活性。在FPGA芯片的设计中，通过分析交叉开关结构的特点，将传输管逻辑应用于其中。采用这种传输管结构的交叉开关，大大降低了芯片实现所需的晶体管数目，减小了芯片的版图面积，从而提高了FPGA芯片的面积效能。