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FPGA布线资源图预处理技术

FPGA布线资源图预处理技术

作者：高峰西安电子科技大学

学位级别：硕士

FPGA CAD工具分为研究型和商用型两类,研究型FPGA CAD工具较商用工具适用性窄,主要专注于算法效率的提升。布线技术是FPGA支持软件系统中十分重要的环节,向CAD工具描述FPGA布线架构的有效的方法是创建一个布线资源图,布线资源图则完全... 详细信息

FPGA CAD工具分为研究型和商用型两类,研究型FPGA CAD工具较商用工具适用性窄,主要专注于算法效率的提升。布线技术是FPGA支持软件系统中十分重要的环节,向CAD工具描述FPGA布线架构的有效的方法是创建一个布线资源图,布线资源图则完全指定了FPGA布线中可能产生的所有连接。在集成电路规模日益增大的当下,现有的研究型CAD工具所生成的布线资源图规模小,结构单一,无法满足商用FPGA丰富的资源与复杂架构。本文在深入了解FPGA CAD的基础上,使用结构化描述方法对商用FPGA进行建模。在现有FPGA描述方式上,添加模拟空域标签增强描述能力,表示出目前学术工具无法模拟的区域,同时深入研究复杂资源块内部的资源并为其建模。模型建立后,以CAD工具生成的布线资源图为基础,借助Torc工具导出对应FPGA的XDLRC文档,将文档中筛选后的线信息绑定到初始布线资源图逻辑单元输入输出引脚;对学术工具保留对外布线资源图引脚的同时,修改其内部用来表示存在于FPGA中的真实布线资源,并更新布线资源图结点的其它信息,使之通过布线资源图合理性检验。通过对FPGA建模以及布线资源图的预处理,新型布线资源图最终成功提供给布线器进行布线。实验结果表明,布线器使用预处理过的布线资源图与使用初始布线资源图相比在运行时间方面增加13%,在线路延时方面做到基本保持不变。

关键词：现场可编程门阵列结构化描述布线资源图预处理技术

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基于布线资源图的FPGA互连测试算法

计算机工程 2009年第14期35卷 258-260页

作者：代莉梁绍池王伶俐复旦大学专用集成电路国家重点实验室上海201203

分析基于静态随机访问内存的FPGA开关盒互连资源,提出一种自动生成且与应用无关的测试配置集算法,通过建立布线资源图,根据线网的走向动态设定各边的权重,利用改进的Kruskal算法,自动产生测试配置集。对于FPGA不同的互连结构,该算法对... 详细信息

分析基于静态随机访问内存的FPGA开关盒互连资源,提出一种自动生成且与应用无关的测试配置集算法,通过建立布线资源图,根据线网的走向动态设定各边的权重,利用改进的Kruskal算法,自动产生测试配置集。对于FPGA不同的互连结构,该算法对互连资源中的开路和短路故障的覆盖率能够达到100%,且具有测试配置个数少、运行速度快以及与具体硬件结构无关等优点。

关键词：布线资源图 Kruskal算法静态随机访问内存

一种FPGA结构描述文件到布线资源图的转换系统

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井冈山大学学报（自然科学版） 2017年第4期38卷 52-56页

作者：冷明孙凌宇周宇杨威井冈山大学电子与信息工程学院江西吉安343009 井冈山大学网络信息中心江西吉安343009

作为描述FPGA硬件资源的结构描述文件,不仅能被解析以抽取FPGA芯片内部的结构信息,并且能被转换到布线资源图以获得FPGA可编程布线资源的通用抽象模型。采用有向图来构建FPGA布线资源图和描述FPGA拓扑结构,其中FPGA的每个逻辑块端口或... 详细信息

作为描述FPGA硬件资源的结构描述文件,不仅能被解析以抽取FPGA芯片内部的结构信息,并且能被转换到布线资源图以获得FPGA可编程布线资源的通用抽象模型。采用有向图来构建FPGA布线资源图和描述FPGA拓扑结构,其中FPGA的每个逻辑块端口或互连线段对应于布线资源图的顶点,FPGA的逻辑块端口与互连线段、互连线段之间的可编程通路构成了布线资源图的有向边集。然后阐述了FPGA结构描述文件到布线资源图转换系统的流程图,还给出了FPGA结构描述文件编译所需的EBNF表达式和结构线网到布线资源图的自顶向下转换算法。最后,在Windows平台下用C++实现了该转换系统,并选用Virtex-6型号Slice结构测试用例,进行了FPGA结构描述文件到布线资源图的转换,验证了FPGA结构描述文件到布线资源图转换系统的正确性和有效性。

关键词：现场可编程门阵列结构描述文件布线资源图解析转换

Virtex-5 FPGA芯片资源图构建和布线分析

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Virtex-5 FPGA芯片资源图构建和布线分析

作者：路后珍西安电子科技大学

学位级别：硕士

FPGA芯片在各领域应用越来越广泛,产品更迭迅速。商业FPGA开发环境支持设计输入、综合、工艺映射、布局、布线、仿真验证、位流文件生成的完整流程。学术界对FPGA的研究主要集中在各流程中算法的改进并提高效率,开发流程也止步于布线阶... 详细信息

FPGA芯片在各领域应用越来越广泛,产品更迭迅速。商业FPGA开发环境支持设计输入、综合、工艺映射、布局、布线、仿真验证、位流文件生成的完整流程。学术界对FPGA的研究主要集中在各流程中算法的改进并提高效率,开发流程也止步于布线阶段。VTR工具集是学术界主要开发环境,只能支持结构相对简单、逻辑块种类和数量较少、布线资源简单且有规则的芯片开发,无法应用于结构复杂、资源丰富的实际商业FPGA芯片的开发。学术工具处理商业FPGA芯片的难点主要是芯片建模、布线资源图构建和布线。本文介绍了学术领域FPGA CAD工具的开发流程,分析了学术芯片模型与商业FPGA芯片资源结构的差别,针对Xilinx的Virtex-5芯片进行建模并生成布线资源图,最终可以在该布线资源图上对电路进行布线。(1)首先在为芯片建模时,以VTR工具集为基础,通过向芯片模型中新建标签和属性,用于描述实际商业FPGA芯片中存在的空域、复杂逻辑块、不规则布线资源等,从而实现对商用芯片中资源的建模。(2)在构建布线资源图时,结合第三方开源工具Torc提供的芯片数据信息,并对VTR进行功能扩展,使其支持新添加信息的处理,从而生成商用芯片完整的布线资源图;接下来需要对所生成的布线资源图进行正确性检查,验证布线资源图和实际FPGA芯片的一致性。(3)最后,对VTR中的PathFinder布线算法进行改进,使其支持Virtex-5芯片结构并且能够在所构建的布线资源图上进行布线。我们完成了针对Xilinx公司的Virtex-5系列下芯片的建模、布线资源图生成以及布线算法实现,并选用MCNC标准测试电路以及规模更大的VTR电路进行测试,验证了方案的可行性。同时,我们将布线耗时、结果质量和ISE中的运行结果进行对比。根据实验测试结果,我们布线算法可以在Virtex-5芯片上进行布线,平均运行时间比ISE超出35.27%,关键路径延时多25.82%,布线资源总线长多出21.96%。

关键词： FPGA CAD软件芯片建模布线资源图布线

Virtex-5 FPGA芯片建模及位流生成技术研究

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Virtex-5 FPGA芯片建模及位流生成技术研究

作者：郑佳龙西安电子科技大学

学位级别：硕士

FPGA拥有设计灵活、修改方便、开发成本低、开发周期短等众多优点,因此在通信、军事、航天、无人驾驶等领域均有愈发广泛的应用。FPGA的开发需要用到相应EDA软件。而目前商用的FPGA EDA软件主要由Xilinx和Intel等国外大公司垄断。这种... 详细信息

FPGA拥有设计灵活、修改方便、开发成本低、开发周期短等众多优点,因此在通信、军事、航天、无人驾驶等领域均有愈发广泛的应用。FPGA的开发需要用到相应EDA软件。而目前商用的FPGA EDA软件主要由Xilinx和Intel等国外大公司垄断。这种垄断会形成技术依赖,也会存在断供的风险。在学术上,以VTR为代表的EDA软件主要面向简单的理论模型,且其流程做到布线即止,难以用于复杂的实际芯片。因此,研究实际FPGA的芯片建模和位流生成技术,实现一套可以应用于实际芯片的EDA软件,就是一项十分重要且必要的工作。本文以Xilinx Virtex-5 FPGA实际芯片为例,完成了一套基于VTR的EDA软件。使其可以实现行为综合、工艺映射、打包、布局、布线、位流生成这一整套的EDA流程。其中的主要工作,首先是对Virtex-5 FPGA进行符合实际结构的建模。其中包括芯片总体信息建模、可编程开关建模、布线资源信息建模、复杂逻辑块建模、逻辑块位置建模等。在建模中需要扩充建模方法,使其符合FPGA芯片的实际情况。在建模后,使程序正确对模型进行处理,完成行为综合、工艺映射、打包这三项流程。在布局布线前,本文重点完成了布线资源图的建立、处理与检验工作,生成了符合实际情况的布线资源图,将实际芯片中的相关模块抽象为有向图的数据结构,提供给后面布局布线流程使用。在生成布线资源图后,使程序能够正确运用布线资源图进行布局和布线流程。完成上面的流程后,就得到了行为综合和工艺映射生成的blif文件,打包生成的net文件,布局生成的place文件,以及布线生成的route文件。在生成四类网表文件后,本文对四类网表完成了解析处理,生成了XDL文件。在其中根据不同格式,提取出四类网表中的有效信息,并对相关XDL语句进行配置,使得生成的XDL语句可以反映网表中描述的信息。最后,借助XDL文件进一步生成位流文件。在完成开发工作后,本文对实现的EDA工具进行了测试。实验结果表明,该EDA工具可以对Virtex-5 FPGA完成从行为综合到位流生成的一整套EDA流程。

关键词： FPGA EDA软件 FPGA芯片建模布线资源图位流生成

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面向FPGA基于时序最短路径布线软件研究

面向FPGA基于时序最短路径布线软件研究

作者：裴志强西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)技术的不断发展,FPGA以其研发周期短、研发成本低等优势,正在多个应用领域逐步替代ASIC产品。而随着FPGA应用技术的发展,FPGA设计需要更加精密与复杂的设计工具,这使得定位于F... 详细信息

随着现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)技术的不断发展,FPGA以其研发周期短、研发成本低等优势,正在多个应用领域逐步替代ASIC产品。而随着FPGA应用技术的发展,FPGA设计需要更加精密与复杂的设计工具,这使得定位于FPGA设计上的EDA工具也有了更大的发展契机。EDA工具的发展在FPGA的发展中发挥了非常重要的作用,其布局布线模块对FPGA的性能影响巨大,是EDA工具中的关键技术。FPGA配套软件在国内发展仍然较为缓慢,在自动布线软件算法研究上多停留在迷宫算法、最短路径算法等,还没有成熟的基于FPGA结构的时序算法软件。本课题研究的是面向FPGA基于时序的最短路径布线算法研究,是在最短路径迷宫算法基础上加入了时序约束算法,使FPGA设计者可通过时序驱动布线达到提高FPGA运行速度等性能指标的目的。本课题研究是在某单位研发的百万门级FPGA(以下简称XX型FPGA)配套软件系统(SunBird 2.0)框架下完成的。该软件是根据FPGA芯片特点,研究工艺映射、布局布线等关键算法,建立芯片结构库、码点配置库,实现包括网表导入、工艺映射、布局、布线、时序分析、编程下载等模块的FPGA配套软件系统。本课题研究内容主要包括FPGA芯片结构库建立及研究、布线资源图建立及实现、基于时序的最短路径布线算法研究及布线软件实现。通过本课题研究构建了FPGA单元结构仿真模型,基于FPGA芯片结构库构建布线资源图,实现了基于时序的最短路径布线算法软件编写,通过测试验证,达到了较优的资源使用率,有效提高了电路设计的时序特性。

关键词： FPGA 芯片结构库布线资源图布线算法

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一种新型的自动化FPGA互连测试算法

计算机工程 2013年第2期39卷 250-253页

作者：孙磊朱春梁传增王健来金梅复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室上海201203

针对FPGA结构中出现特殊互连资源的现状,提出一种基于改进型深度优先搜索的测试算法。该算法将所有可编程互连开关等价对待,互连资源以图的形式表示,给每条边设定权重并选择最小权重边连入测试线网,对互连资源进行遍历搜索,以测试互连... 详细信息

针对FPGA结构中出现特殊互连资源的现状,提出一种基于改进型深度优先搜索的测试算法。该算法将所有可编程互连开关等价对待,互连资源以图的形式表示,给每条边设定权重并选择最小权重边连入测试线网,对互连资源进行遍历搜索,以测试互连资源开路和短路故障。实验结果表明,该算法能够覆盖FPGA结构中出现的特殊互连资源,具有高度自动化的特点。

关键词：深度优先搜索现场可编程门阵列互连测试自动化布线资源图开关盒

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FPGA互连资源评估与设计

FPGA互连资源评估与设计

作者：余建德复旦大学

学位级别：硕士

FPGA因其风险小,开发成本低,上市时间快等特点正广泛地被应用在电子系统中。FPGA中的互连资源在功耗、面积和延时等方面都占整个芯片的很大比例。随着FPGA的阵列规模越来越大、逻辑资源越来越丰富,FPGA的互连资源设计也越来越复杂。如... 详细信息

FPGA因其风险小,开发成本低,上市时间快等特点正广泛地被应用在电子系统中。FPGA中的互连资源在功耗、面积和延时等方面都占整个芯片的很大比例。随着FPGA的阵列规模越来越大、逻辑资源越来越丰富,FPGA的互连资源设计也越来越复杂。如何合理而有效地设计FPGA中互连资源的问题正日趋重要。本文从布线器的布线方式入手,分析布线器所使用的算法,资源的方法。本文随后用这个方法设计了一款新的岛形FPGA的开关盒,MLM开关盒,并开发了tile型FPGA的互连资源从参数化描述到生成具体连接关系的流程。实验数据结果显示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%。

关键词：现场可编程门阵列互连结构布线资源图结构设计