FDP FPGA芯片的设计实现

研究了新型的FDP FPGA电路结构及其设计实现.新颖的基于3输入查找表的可编程单元结构,与传统的基于4输入查找表相比,可以提高约11%的逻辑利用率;独特的层次化的分段可编程互联结构以及高效的开关盒设计,使得不同的互联资源可以快速直接相连,大大提高了可编程布线资源效率.FDP芯片包括1600个可编程逻辑单元、160个可用IO、内嵌16k双开块RAM,采用SMIC 0.18μm CMOS工艺全定制方法设计并流片,其裸芯片面积为6.104mm×6.620mm.最终芯片软硬件测试结果表明:芯片各种可编程资源可以高效地配合其软件正确实现用户电路功能.     

FPGA可编程逻辑单元时序功能的设计实现

本文主要研究高性能FPGA可编程逻辑单元中分布式RAM和移位寄存器两种时序功能的设计实现方法.运用静态Latch实现分布式RAM的写入同步,以降低对时序控制电路的要求;为克服电荷共享问题,提出通过隔断存储单元之间通路的方法实现移位寄存器.以含两个四输入LUT(Look Up Table)的多功能可编程逻辑单元为例,详细说明电路的设计思路以及实现方法.研究表明,本文提出的方法可以简化对时序控制电路的设计要求,克服电荷共享问题,减少芯片面积.     

高性能可编程互连资源设计研究

传统的可编程互联结构在短距离互连上往往采用单管、中距离上有双向线,这使得在CLB中查找表(LUT)数目变大后,互连上的延迟会随线长增加而呈指数增长.本文提出了一种改进的高性能互连结构,改进了短、中和长距离互连,使得其在CLB中LUT数目增加的情况下让芯片拥有更好的互连延迟特性,通过对这种互连结构和传统的互连结构进行建模...     

FDP FPGA芯片的设计实现

研究了新型的FDP FPGA电路结构及其设计实现.新颖的基于3输入查找表的可编程单元结构,与传统的基于4输入查找表相比,可以提高约11%的逻辑利用率;独特的层次化的分段可编程互联结构以及高效的开关盒设计,使得不同的互联资源可以快速直接相连,大大提高了可编程布线资源效率.FDP芯片包括1600个可编程逻辑单元、160个可用IO、内嵌16k双开块RAM,采用SMIC 0.18μm CMOS工艺全定制方法设计并流片,其裸芯片面积为6.104mm×6.620mm.最终芯片软硬件测试结果表明:芯片各种可编程资源可以高效地配合其软件正确实现用户电路功能.     

一种采用四/五输入可配置查找表结构和优化进位链的新型FPGA

本文提出了一种FPGA可编程逻辑单元中新型的查找表结构和进位链结构。查找表被设计为同时支持四输入和五输入的结构,可根据用户需要进行配置,且不增加使用的互连资源;在新型的进位链中针对关键路径进行了优化。最后在可配置逻辑单元中插入了新设计的可配置扫描链。该可编程逻辑单元电路采用0.13μm 1P8M 1.2/2.5/3.3V Logic CMOS工艺制造。测试结果显示可正确实现四/五输入查找表功能,且进位链传播前级进位的速度在同一工艺下较传统进位链结构提高了约3倍,同时整个可编程逻辑单元的面积较之前增大了72.5%。结果还显示,本文设计的FPGA在仅使用四输入查找表时,逻辑资源利用率高于Virtex II/Virtex 4/Virtex 5/Virtex 6/Virtex 7系列FPGA;在仅使用五输入查找表时,逻辑资源利用率高于Virtex II/Virtex 4系列FPGA。     

延迟优化的统一可编程互连电路设计和实现

本文设计了一种对可编程逻辑单元CLB和可编程输出单元IOB均具有统一结构的可编程互连电路。通过偏移互连线和回线技术,使得同种可编程互连线的负载分布均匀,保证了可编程逻辑器件FPGA芯片中信号传输的可预测性和规整性;同时,设计过程中对编程点和驱动器电路进行专门的优化设计,减少了5%延时。运用该互连电路到实例FPGA芯片--FDP芯片中,流片后实测数据表明：该可编程互连电路中各种互连线功能正确,可以正确地完成各种信号的互连,整个芯片的延迟统一而且可预测。     

现代层次化可编程逻辑器件软件系统FDE2009

本文提出并实现了适用于现代层次化结构的FPGA芯片的CAD软件系统:FDE2009(FPGA Development Environment).该软件系统不但由工艺映射,布局布线,位流生成,编程下载等功能模块构成了一套完整的FPGA CAD流程,并且根据现代FPGA芯片层次化的结构特点,提出了逻辑分层的布局思想及由底至上逐层构建布线资源图的算法,提高了硬件资源的利用率及程序的运行效率.此外,本软件自定义了一套使用扩展性标志语言的文件系统,从而使其具有一定的通用性及良好的扩展性.软硬件协同测试结果表明该软件系统各模块功能正确,并能配合硬件高效的实现各类功能电路,是一套实用的FPGA软件系统.     

一种基于AND-LUT的混合FPGA结构

提出了一种混合FPGA新结构--新颖的AND-LUT阵列结构.其创新之处在于由可编程逻辑簇(Cluster)和相关的连接盒(CB)组成的可编程逻辑单元片(Tile)可以根据应用需要灵活地配置成PLA或LUT,前者较适合于高扇入逻辑,后者较适合于低扇入逻辑.因此,结合两者优点的新颖AND-LUT阵列结构在实现各种输入的用户逻辑时都能保持很好的逻辑利用率.MCNC电路测试结果进一步表明,同一逻辑电路在文中提出的混合FPGA新结构中实现与在基于LUT的对称FPGA结构中实现相比,面积平均可节省46%,因而大大提高了FPGA器件的逻辑利用率.     

一种基于AND-LUT的混合FPGA结构

提出了一种混合FPGA新结构--新颖的AND-LUT阵列结构.其创新之处在于由可编程逻辑簇(Cluster)和相关的连接盒(CB)组成的可编程逻辑单元片(Tile)可以根据应用需要灵活地配置成PLA或LUT,前者较适合于高扇入逻辑,后者较适合于低扇入逻辑.因此,结合两者优点的新颖AND-LUT阵列结构在实现各种输入的用户逻辑时都能保持很好的逻辑利用率.MCNC电路测试结果进一步表明,同一逻辑电路在文中提出的混合FPGA新结构中实现与在基于LUT的对称FPGA结构中实现相比,面积平均可节省46%,因而大大提高了FPGA器件的逻辑利用率.