现场可编程逻辑门阵列建模方法的研究

论文摘要

工艺映射又可称作“库单元绑定”,它是超大规模集成电路设计过程中非常重要的一环。工艺映射的目标是:通过特定的方法,把一组布尔网络表述的逻辑功能用具体的库单元实现。另一种说法,就是把一些实际工艺库中的单元（元素）相互连接,以实现所需的逻辑功能。工艺映射提供了一种用物理结构表达电路逻辑功能的设计途径,在实际的工艺技术和逻辑功能设计之间起到了搭建桥梁的作用。在基于库的工艺映射方法中,芯片模型的好坏决定了工艺映射的质量以及工具实现用户设计的优劣。随着现场可编程逻辑门阵列在功能、密度、速度上的不断提升,FPGA的结构变得越来越复杂、庞大,这就要求找到一种简洁、高效的建立工艺库方法,使其能够适应不断变化的FPGA芯片结构。因此,在FPGA的CAD工具底层建立一种复用性高的FPGA芯片模型,提高CAD工具的运行速度势在必行。同时分离CAD工具软件层与物理层,提高CAD软件的通用性,也是CAD工具实现工艺映射的重要内容。为了解决以上问题,本文对工艺映射的基本原理和过程做了比较详细的论述和分析,并在此基础上做了以下工作:1)分析现有的工艺映射算法的优缺点,提出了新的基于库的FPGA工艺映射算法;2)分析岛形兼层次型芯片的结构和功能,提出了兼容VHDL、C++和Perl语言特点的硬件结构描述语言Veric;3)用Veric语言构建了Virtex系列XCV100芯片模型:freach循环语句和内部定位语句构建芯片的系统结构模型;继承的方式构建功能模型,同时实现工艺映射;4)引入Veric语言编译器和C++类,使软件层与芯片物理结构分离,提高CAD软件的通用性;5)实验中,采用Cadence工具中的LVS模块和Modelsim工具对模型的系统结构和功能进行验证,验证结果表明建模方法正确。在实际应用中,本文所提出的工艺映射方案能使CAD工具综合步骤正常运行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 FPGA 概况
• 1.2 CAD 工具
• 1.2.1 综合
• 1.2.2 布局布线
• 1.2.3 下载
• 1.3 研究现状
• 1.4 论文组织
• 第二章 工艺映射
• 2.1 逻辑综合
• 2.1.1 设计综合
• 2.1.2 逻辑综合
• 2.1.3 过程分析
• 2.2 功能单元
• 2.2.1 功能单元定义
• 2.2.2 功能电路集
• 2.2.3 生成算法
• 2.3 映射算法
• 2.3.1 问题描述
• 2.3.2 知识表示
• 2.3.3 基于知识的匹配算法
• 2.4 小结
• 第三章 Virtex系列芯片结构
• 3.1 技术背景
• 3.2 Virtex 系列芯片
• 3.2.1 可编程输入输出模块（IOB）
• 3.2.2 可编程逻辑单元（CLB）
• 3.2.3 储器资源（BRAM）
• 3.2.4 延迟锁定环路（DLL）
• 3.3 小结
• 第四章 结构描述语言Veric
• 4.1 Veric 语言简介
• 4.2 基本语法
• 4.2.1 运算符
• 4.2.2 关键字
• 4.2.3 引用
• 4.2.4 容器
• 4.3 实体
• 4.3.1 组成单元（Primary unit）
• 4.3.2 实现单元（Secondary unit）
• 4.3.3 传输体（Propagation body）
• 4.4 编译器和类
• 4.5 小结
• 第五章 Virtex系列芯片建模
• 5.1 功能单元建模
• 5.1.1 结构建模
• 5.1.2 功能单元建模
• 5.2 系统结构建模
• 5.3 小结
• 第六章 模型验证
• 6.1 结构验证
• 6.2 功能验证
• 6.3 小结
• 第七章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献