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。     

基因算法加速器与芯片级进化研究

为改进芯片级进化速度,提出在可进化系统芯片FDP2009-2-SOPC中嵌入基因算法加速器的思想。采用硬件随机数方法优化芯片级进化中的基因算法,通过改变嵌入式CPU中的基因操作,优化芯片级进化流程。在包含基因算法加速器的可进化系统芯片FDP2009-2- SOPC上进行流片测试,结果表明,该基因算法加速器的性能及芯片级进化速度有较大提升。     

可进化芯片的FPGA接口设计与实现

针对FPGA IP核在可进化可编程系统芯片(SoPC)中嵌入时存在FPGA IP核端口时序控制和位流下载的问题,实现一种适用于可进化SoPC芯片的FPGA接口。该FPGA接口使用异步FIFO、双口RAM的结构和可扩展的读/写命令传输方式来实现FPGA IP核与系统的异步通信。嵌入式CPU可以通过FPGA接口实现FPGA IP核的片内位流配置。FPGA接口中的硬件随机数发生器实现进化算法的硬件加速。使用自动验证平台与FPGA原型验证平台对FPGA接口进行验证来实现验证的收敛。测试结果表明,FPGA接口成功实现了嵌入式CPU与FPGA IP核的通信,完成芯片内的进化。     

最小环最大化的FPGA布线资源结构设计方法

为了提高FPGA布线资源的灵活性,提出一种通过扩大布线资源图的最小环来设计布线资源的方法.首先分析了布线资源图的最小环大小和布线资源中信号传播灵活性的关系,并通过调整布线资源中线网的连接结构来扩大该最小环.采用该方法设计了一种新的开关盒结构——最小环最大化(MLM)开关盒.实验数据表明,MLM开关盒与4种学术上典型的开关盒结构——Disjoint,Universal,Wilton和JSB相比,在时序上处于平均水平,而布通率分别提高了17.7%,8.0%,2.4%和2.2%.     

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。