島型fpga的通用布線開關盒的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種島型FPGA的通用布線開關盒。本發明的島型FPGA的通用布線開關盒采用了八邊形的結構設計，其內部是由導線及可編程連接開關構成的不同的布線拓撲結構組成，可編程連接開關采用SRAM單元控制傳輸管實現，根據島型FPGA通用布線開關盒八個方向上連接對象的不同，通過配置島型FPGA通用布線開關盒內不同拓撲結構上的可編程連接開關，可以實現線網之間、可配置邏輯單元之間以及線網與可配置邏輯單元之間的互連。本發明設計的島型FPGA的通用布線開關盒，降低了布線資源消耗，提高了島型FPGA布線的靈活性及布通率。
【專利說明】島型FPGA的通用布線開關盒
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種島型FPGA的通用布線開關盒。
【背景技術】
[0002]目前現場可編程門陣列(field programmable gate array, FPGA)以較低的非重復性(non-recurring engineering, NRE)費用和設計驗證開銷，以及上市時間短等優勢獲得了廣泛的應用。FPGA靈活的可編程布線結構是FPGA靈活性的原因之一，根據FPGA的布線結構，商用FPGA可以劃分為三種。Xilinx,Lucent, Vantis的FPGA是島型結構，而Actel的FPGA是基于行的，Altera的FPGA是層次化的。本發明的通用布線開關盒主要是針對島型FPGA結構。
[0003]雖然FPGA具有靈活的重構特性，但是FPGA的靈活性是以占用大量資源且構成電路大部分互連結構的延時犧牲為代價的。以島型FPGA為例，傳統的島型FPGA的布線結構基本采用基于連接盒(connection block, CB)和開關盒(switch block, SB)的結構模型，可配置邏輯單元(configurable logic block, CLB)通過配置連接盒的可編程連接開關實現與線網的通信，線網之間通過配置開關盒的可編程連接開關實現不同布線通道的通信。通過這種布線結構模型，相鄰的可配置邏輯單元需要通過配置連接盒和開關盒的可編程連接開關實現通信，布線的延時增加且布線靈活性差，大量的布線連接盒和開關盒也占據了FPGA很大部分的面積資源。
[0004]為了減少布線資源的面積占用，提高布線靈活性以及降低布線延時，本發明改進島型FPGA基于連接盒-開關盒的布線結構，提出一種島型FPGA的通用布線開關盒。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種島型FPGA的通用布線開關盒，其具有靈活的布線拓撲結構，解決目前基于連接盒-開關盒布線結構存在的布線延時長、面積占用大等問題。
[0006]本發明的島型FPGA的通用布線開關盒技術方案是:
[0007]本發明的面向島型FPGA的通用布線開關盒采用八邊形的結構，其東、南、西、北四個方向直接與島型FPGA的布線線網相連，此外在八邊形結構西北、東北、東南、西南四個方向上設置了直接與可編程邏輯單元的互連通道。根據不同的布線需要，島型FPGA的通用布線開關盒內部設計了不同的連線拓撲結構，將FPGA的互連資源分為布線線網之間的互連、線網與可配置邏輯單元之間的互連以及可配置邏輯單元之間的互連三類，所述的線網間的互連是通過長、短線實現的，長線直接通過通用布線開關盒，短線通過可編程連接開關與同方向的長線互連并通過長線實現與其相對方向上的短線通信。
[0008]更進一步地，所述的線網與可配置邏輯單元之間的互連中，可配置邏輯單元通過通用開關盒中的可編程連接開關實現與與其相對的兩個方向上的線網通信。
[0009]更進一步地，所述的可配置邏輯單元之間的互連中，為減少可配置邏輯單元之間的通信延時、增加可配置邏輯單元之間布線的靈活性，在通用開關盒中設計了可編程連接開關的菱形拓撲結構。上下、左右相鄰的可配置邏輯單元通過菱形邊上的傳輸管實現可編程互連；斜45°方向上相鄰的可配置邏輯單元通過菱形對角線上的傳輸管實現可編程互連。
[0010]本發明的島型FPGA通用布線開關盒相比目前島型FPGA的連接-開關盒互聯結構具有更高的布線靈活性，且面積占用更少。通用布線開關盒中可編程邏輯單元菱形互連拓撲結構的設計降低了可編程邏輯單元之間的互連延時，進而改善了 FPGA的性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明的通用布線開關盒；
[0012]圖2是本發明中的基于通用布線開關盒的島型FPGA結構。
【具體實施方式】
[0013]以下結合附圖對本發明的技術方案做進一步說明:
[0014]如圖1所示，本發明實施例中的島型FPGA通用布線開關盒采用八邊形結構，其東(E)、南(S)、西(W)、北(N)四個方向是與布線線網的連接，布線線網中有短線和長線兩種布線通道，其中長線直接穿過通用布線開關盒，島型FPGA通用布線開關盒西北、東北、東南、西南四個方向設置有直接與可編程邏輯單元通信的互連線，島型FPGA通用布線開關盒內部是由導線和可編程連接開關構成的不同的布線拓撲結構組成。如圖1所示，其中(E1、E3、E4)、(S1、S3、S4)、(W1、W3、W4)、(N1、N3、N4)分別為島型FPGA通用布線開關盒外部東(E)、南⑶、西(W)、北(N)四個方向上連接的布線線網短線，E2-W2、S2-N2分別為穿過島型FPGA通用布線開關盒的布線線網的東西、南北方向上的長連線，Cl、C2、C3、C4分別是島型FPGA通用布線開關盒在西北、東北、東南、西南四個方向上與可編程邏輯單元的互連線。相對方向上短線之間的互連是通過配置同方向上短線與長線之間的可編程連接開關實現的(如W4短線可以通過配置W2-E2長連線上的可編程連接開關實現與E3短線的通信連接)，可編程邏輯單元可以通過配置可編程連接開關實現與其相對位置上的短線通道互連(如Cl連接的可編程邏輯單元可以通過可編程連接開關實現與短線S1、E1的通信)，而相鄰、相對位置上的可編程邏輯單元則可以通過配置島型FPGA通用布線開關盒中菱形拓撲結構的可編程連接開關實現通信(如Cl連接的可編程邏輯單元可以通過配置島型FPGA通用布線開關盒中菱形拓撲結構邊上及對角線上的可編程連接開關與C2、C4、C3連接的可編程邏輯單元通信)。
[0015]如圖2所示，為基于通用布線開關塊的島型FPGA結構圖，其中FPGA的布線就是通過圖1介紹的通用布線開關盒實現的。
【權利要求】
1.一種島型FPGA的通用布線開關盒，其特征在于，該島型FPGA的通用布線開關盒采用八邊形的結構設計，其內部是由導線及可編程連接開關構成的不同的布線拓撲結構組成，島型FPGA的通用布線開關盒外部直接與線網、可編程邏輯單元互連，內部通過不同布線拓撲結構上的可編程連接開關實現線網之間、可配置邏輯單元之間以及線網與可配置邏輯單元之間的通信。
2.如權利要求1所述的島型FPGA的通用布線開關盒，其特征在于，所述的線網間的連接是通過長連線和短連線實現的，長連線直接穿過島型FPGA的通用布線開關盒，相對方向的短連線通過與長連線的可編程互連實現通信。
3.如權利要求1所述的島型FPGA的通用布線開關盒，其特征在于，所述的可配置邏輯單元之間的互連采用菱形拓撲結構，通過配置菱形邊或對角線上的可編程連接開關，可以實現可配置邏輯單元之間的通信。
4.如權利要求1所述的島型FPGA的通用布線開關盒，其特征在于，所述的線網與可配置邏輯單元之間的互連中，可配置邏輯單元通過可編程連接開關與與其相對的兩個方向的短連線互連。
【文檔編號】G05B19/05GK103699046SQ201310581127
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年11月14日 優先權日:2013年11月14日
【發明者】王友仁, 汪金林, 張砦 申請人:南京航空航天大學