FPGA结构和布局布线算法研究

论文摘要

论文设计了一种FPGA结构描述方法,解决了FPGA建模问题。FPGA结构描述方法包含逻辑单元信息,互连线信息等10部分。当采用不同的FPGA芯片进行布局布线时,只需要使用结构描述方法重新定义这种FPGA芯片的结构,不需要改变布局布线工具。为了配合FPGA编程下载,论文改进了划分网表算法,能够生成LUT配置信息文件。改进了布局布线算法,能够支持更多的商用FPGA结构特征,开发的布局布线工具在可布通性上和VPR接近,布局阶段能够减少21%的逻辑单元交换次数,它在布局布线之后生成内部连接信息,布局信息和布线信息。这些信息提供给布局布线的下一阶段编程下载必要的支持,可以生成位流文件下载到FPGA中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题来源
• 1.3 研究背景和研究意义
• 1.4 论文章节安排
• 第二章 FPGA结构和相关术语定义
• 2.1 FPGA结构简介
• 2.1.1 逻辑模块
• 2.1.2 I/O模块
• 2.1.3 互连资源
• 2.2 FPGA结构相关术语定义
• 2.3 本章小结
• 第三章 结构描述式的FPGA建模方法
• 3.1 芯片总体信息
• 3.2 逻辑单元信息
• 3.3 I/O端口信息
• 3.4 布图信息
• 3.5 开关信息
• 3.6 互连线信息
• 3.7 通道信息
• 3.8 开关盒信息
• 3.9 面积模型
• 3.10 延时模型
• 3.11 本章小结
• 第四章 划分算法和布局布线算法的分析与研究
• 4.1 FPGA支持软件设计流程
• 4.2 FPGA划分和布局布线问题
• 4.2.1 划分算法回顾
• 4.2.2 FPGA布局问题
• 4.2.3 FPGA布线问题
• 4.3 VPACK和VPR的不足
• 4.4 改进的划分网表工具
• 4.4.1 改进的划分算法
• 4.4.2 一个简单的文件转换实验
• 4.5 改进的布局算法
• 4.5.1 模拟退火算法
• 4.5.2 改进布局算法流程
• 4.5.3 花费函数的确定
• 4.5.4 温度更新规则
• 4.5.5 搜索范围更新规则
• 4.5.6 逻辑单元交换规则
• 4.5.7 算法终止条件
• 4.6 改进的布线算法
• 4.6.1 采用布线资源图建立布线结构
• 4.6.2 改进的布线算法流程
• 4.6.3 查找从源点到目标点的路径
• 4.6.4 内部连线算法
• 4.7 实验方法与实验结果
• 4.7.1 实验方法
• 4.7.2 实验结果
• 4.8 本章小结
• 第五章 FPGA支持软件功能验证
• 5.1 FPGA软核设计
• 5.2 控制芯片设计
• 5.3 PC机程序设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间研究成果