摘要: 反熔絲FPGA 制造困難且多用在特殊用途領域, 因此有關其位流文件的研究很少.本文首先介紹了反熔絲FPGA 及FPGA CAD 軟件流程, 接著描述了反熔絲FPGA 具體結構并通過一個具體例子說明了如何配置反熔絲FPGA , 然后討論了反熔絲FPGA的編程方法, 由此引出了位流文件的格式和反熔絲單元編程信息格式, 最后提出了反熔絲FPGA 位流文件生成算法并在實驗平臺實現了該算法。

1 引言

FPGA (現場可編程門陣列)是與CPU 和DSP并列的目前半導體市場上最重要的三類核心數字器件之一反熔絲FPGA 由于其可靠性高抗輻射等優點, 成為空間領域使用的主流FPGA。

典型FPGA 的CAD 流程包括邏輯綜合, 工藝映射與打包, 布局, 布線, 時序分析和位流生成幾個步驟.邏輯綜合負責將硬件描述語言或者原理圖形式描述的電路轉化為基本門網表, 并進行工藝無關的邏輯優化.工藝映射將于工藝無關的門級網表轉換成目標FPGA 的邏輯單元構成的網表布局工具確定了實現電路功能需要的各邏輯單元在FPGA中的具體位置.布線工具根據布局的結果, 利用適當的布線資源, 連接各邏輯單元的輸人輸出引腳。FPGA位流文件(bit一stream )是指對可編程邏輯器件進行配置的二進制數據集, 這個數據集決定了FPGA的具體功能.位流文件具體描述了需要配置的反熔絲的信息, 編程器通過這些信息即可編程FPGA生成目標電路.由于沒有具體的資料可供參考,且當前FPGA 架構存在多樣性的特點, 位流文件設計的通用性不強,故而只能從位流文件的基本原理與反熔絲FPGA 的結構出發川, 按照軟件工程的方法針對反熔絲FPGA進行位流生成算法設計。

2 反熔絲FPGA 結構及配置方法

配置FPGA大致可分為對邏輯單元配置!布線開關配置以及輸人輸出單元配置這三部分, 對于細顆粒反熔絲FPGA 來說, 由于邏輯單元是定制的,即無需配置的, 其實現不同邏輯的能力不是依靠邏輯單元本身, 而是通過選擇其各個輸人引腳與布線資源之間進行不同的連接來實現。

圖1 所示為一個典型的細顆粒FPGA邏輯單元, 由于選擇器可實現任意邏輯的性質, 對多個選擇器進行適當組合, 構成一個邏輯單元.圖2 所示該邏輯單元可以通過與布線資源的布通排列組合來實現數目巨大的邏輯門。

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下面介紹一個具體的配置邏輯單元的例子, 如果需要實現式(1) 邏輯

同理對于I/( )端口, 可以通過對每個端口的輸人、輸出引腳和布線資源的連接進行配置即可決定
其是輸人端口還是輸出端口. 由此可見, 對細顆粒反熔絲FPGA 進行配置,實際上就是對布線資源進行配置.因此生成位流配置文件也大為簡化, 只需要對FPGA 內部需要配置的反熔絲信息進行整合, 即可得到所需要的位流文件。