岛型fpga的通用布线开关盒的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种岛型FPGA的通用布线开关盒。本发明的岛型FPGA的通用布线开关盒采用了八边形的结构设计，其内部是由导线及可编程连接开关构成的不同的布线拓扑结构组成，可编程连接开关采用SRAM单元控制传输管实现，根据岛型FPGA通用布线开关盒八个方向上连接对象的不同，通过配置岛型FPGA通用布线开关盒内不同拓扑结构上的可编程连接开关，可以实现线网之间、可配置逻辑单元之间以及线网与可配置逻辑单元之间的互连。本发明设计的岛型FPGA的通用布线开关盒，降低了布线资源消耗，提高了岛型FPGA布线的灵活性及布通率。
【专利说明】岛型FPGA的通用布线开关盒
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种岛型FPGA的通用布线开关盒。
【背景技术】
[0002]目前现场可编程门阵列(field programmable gate array, FPGA)以较低的非重复性(non-recurring engineering, NRE)费用和设计验证开销，以及上市时间短等优势获得了广泛的应用。FPGA灵活的可编程布线结构是FPGA灵活性的原因之一，根据FPGA的布线结构，商用FPGA可以划分为三种。Xilinx,Lucent, Vantis的FPGA是岛型结构，而Actel的FPGA是基于行的，Altera的FPGA是层次化的。本发明的通用布线开关盒主要是针对岛型FPGA结构。
[0003]虽然FPGA具有灵活的重构特性，但是FPGA的灵活性是以占用大量资源且构成电路大部分互连结构的延时牺牲为代价的。以岛型FPGA为例，传统的岛型FPGA的布线结构基本采用基于连接盒(connection block, CB)和开关盒(switch block, SB)的结构模型，可配置逻辑单元(configurable logic block, CLB)通过配置连接盒的可编程连接开关实现与线网的通信，线网之间通过配置开关盒的可编程连接开关实现不同布线通道的通信。通过这种布线结构模型，相邻的可配置逻辑单元需要通过配置连接盒和开关盒的可编程连接开关实现通信，布线的延时增加且布线灵活性差，大量的布线连接盒和开关盒也占据了FPGA很大部分的面积资源。
[0004]为了减少布线资源的面积占用，提高布线灵活性以及降低布线延时，本发明改进岛型FPGA基于连接盒-开关盒的布线结构，提出一种岛型FPGA的通用布线开关盒。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种岛型FPGA的通用布线开关盒，其具有灵活的布线拓扑结构，解决目前基于连接盒-开关盒布线结构存在的布线延时长、面积占用大等问题。
[0006]本发明的岛型FPGA的通用布线开关盒技术方案是:
[0007]本发明的面向岛型FPGA的通用布线开关盒采用八边形的结构，其东、南、西、北四个方向直接与岛型FPGA的布线线网相连，此外在八边形结构西北、东北、东南、西南四个方向上设置了直接与可编程逻辑单元的互连通道。根据不同的布线需要，岛型FPGA的通用布线开关盒内部设计了不同的连线拓扑结构，将FPGA的互连资源分为布线线网之间的互连、线网与可配置逻辑单元之间的互连以及可配置逻辑单元之间的互连三类，所述的线网间的互连是通过长、短线实现的，长线直接通过通用布线开关盒，短线通过可编程连接开关与同方向的长线互连并通过长线实现与其相对方向上的短线通信。
[0008]更进一步地，所述的线网与可配置逻辑单元之间的互连中，可配置逻辑单元通过通用开关盒中的可编程连接开关实现与与其相对的两个方向上的线网通信。
[0009]更进一步地，所述的可配置逻辑单元之间的互连中，为减少可配置逻辑单元之间的通信延时、增加可配置逻辑单元之间布线的灵活性，在通用开关盒中设计了可编程连接开关的菱形拓扑结构。上下、左右相邻的可配置逻辑单元通过菱形边上的传输管实现可编程互连；斜45°方向上相邻的可配置逻辑单元通过菱形对角线上的传输管实现可编程互连。
[0010]本发明的岛型FPGA通用布线开关盒相比目前岛型FPGA的连接-开关盒互联结构具有更高的布线灵活性，且面积占用更少。通用布线开关盒中可编程逻辑单元菱形互连拓扑结构的设计降低了可编程逻辑单元之间的互连延时，进而改善了 FPGA的性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明的通用布线开关盒；
[0012]图2是本发明中的基于通用布线开关盒的岛型FPGA结构。
【具体实施方式】
[0013]以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明:
[0014]如图1所示，本发明实施例中的岛型FPGA通用布线开关盒采用八边形结构，其东(E)、南(S)、西(W)、北(N)四个方向是与布线线网的连接，布线线网中有短线和长线两种布线通道，其中长线直接穿过通用布线开关盒，岛型FPGA通用布线开关盒西北、东北、东南、西南四个方向设置有直接与可编程逻辑单元通信的互连线，岛型FPGA通用布线开关盒内部是由导线和可编程连接开关构成的不同的布线拓扑结构组成。如图1所示，其中(E1、E3、E4)、(S1、S3、S4)、(W1、W3、W4)、(N1、N3、N4)分别为岛型FPGA通用布线开关盒外部东(E)、南⑶、西(W)、北(N)四个方向上连接的布线线网短线，E2-W2、S2-N2分别为穿过岛型FPGA通用布线开关盒的布线线网的东西、南北方向上的长连线，Cl、C2、C3、C4分别是岛型FPGA通用布线开关盒在西北、东北、东南、西南四个方向上与可编程逻辑单元的互连线。相对方向上短线之间的互连是通过配置同方向上短线与长线之间的可编程连接开关实现的(如W4短线可以通过配置W2-E2长连线上的可编程连接开关实现与E3短线的通信连接)，可编程逻辑单元可以通过配置可编程连接开关实现与其相对位置上的短线通道互连(如Cl连接的可编程逻辑单元可以通过可编程连接开关实现与短线S1、E1的通信)，而相邻、相对位置上的可编程逻辑单元则可以通过配置岛型FPGA通用布线开关盒中菱形拓扑结构的可编程连接开关实现通信(如Cl连接的可编程逻辑单元可以通过配置岛型FPGA通用布线开关盒中菱形拓扑结构边上及对角线上的可编程连接开关与C2、C4、C3连接的可编程逻辑单元通信)。
[0015]如图2所示，为基于通用布线开关块的岛型FPGA结构图，其中FPGA的布线就是通过图1介绍的通用布线开关盒实现的。
【权利要求】
1.一种岛型FPGA的通用布线开关盒，其特征在于，该岛型FPGA的通用布线开关盒采用八边形的结构设计，其内部是由导线及可编程连接开关构成的不同的布线拓扑结构组成，岛型FPGA的通用布线开关盒外部直接与线网、可编程逻辑单元互连，内部通过不同布线拓扑结构上的可编程连接开关实现线网之间、可配置逻辑单元之间以及线网与可配置逻辑单元之间的通信。
2.如权利要求1所述的岛型FPGA的通用布线开关盒，其特征在于，所述的线网间的连接是通过长连线和短连线实现的，长连线直接穿过岛型FPGA的通用布线开关盒，相对方向的短连线通过与长连线的可编程互连实现通信。
3.如权利要求1所述的岛型FPGA的通用布线开关盒，其特征在于，所述的可配置逻辑单元之间的互连采用菱形拓扑结构，通过配置菱形边或对角线上的可编程连接开关，可以实现可配置逻辑单元之间的通信。
4.如权利要求1所述的岛型FPGA的通用布线开关盒，其特征在于，所述的线网与可配置逻辑单元之间的互连中，可配置逻辑单元通过可编程连接开关与与其相对的两个方向的短连线互连。
【文档编号】G05B19/05GK103699046SQ201310581127
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年11月14日 优先权日:2013年11月14日
【发明者】王友仁, 汪金林, 张砦 申请人:南京航空航天大学