基于65nm工艺fpga可编程逻辑块全定制设计

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1、国内图书分类号：TN431.2学校代码：10213国际图书分类号：621.38密级：公开工学硕士学位论文基于65nm工艺的FPGA可编程逻辑块的全定制设计硕士研究生：杨振华导师：张霆廷副教授申请学位：工学硕士学科：信息与通信工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2014年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN431.2U.D.C:621.38DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEFULL-CUSTOMDESIGNOFFPGAPROGRAMMABLELOGICBLOCKSBASEDON6

2、5nmTECHNICSCandidate：YangZhenhuaSupervisor：Prof.ZhangTingtingAcademicDegreeAppliedfor：MasterDegreeinEngineeringSpeciality：InformationandCommunicationEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：Dec,2014Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论

3、文摘要现场可编程门阵列具有高稳定性、高灵活性、运行速度快、高可集成性等特点，在众多领域都有应用。可编程逻辑块（ConfigurableLogicBlock，CLB）是FPGA实现逻辑设计的重要模块，一般由查找表与可配置寄存器、快速进位链构成，其设计架构可以直接影响到整个FPGA实现设计功能的性能。为保证CLB具有最优化的系统性能、最小的芯片面积、最大的系统集成度，本文使用自顶向下的全定制设计方法。架构设计参考了CLB的功能与结构特性，以及传统CLB的设计方法。逻辑模块由基本逻辑单元组成，并根据超深亚微米工艺进行改进，以达到较优化的性能。通过实验法的仿真优化，确定了所设

4、计的CLB的总体架构。模块具体电路设计综合考虑了各功能模块的基本功能、使用频率、可配置性、灵活性等特点，设计实现了查找表电路、可配置寄存器电路、快速进位链电路、移位寄存器链电路、分布式寄存器电路等。仿真验证时为了保证对可编程逻辑块功能的完全覆盖性，设计了一套完整的仿真验证方案，按照验证方案对电路进行了仿真验证。所设计的CLB基于65纳米工艺，逻辑块的查找表为六输入，每个块内部包含有八个基本逻辑单元。该CLB具有可实现逻辑功能更宽的查找表，并且其可配置存储器之间逻辑级数小，互连量小，与130纳米四输入CLB相比，实现设计所需面积节约33%，速度快21%。关键词：可编程逻

5、辑块；超深亚微米；FPGA；全定制设计-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractField-programmablegatearraywithhighstability,highflexibility,fast,highintegrationandothercharacteristics,hasapplicationsinmanyfields.Programmablelogicblock(CLB)onFPGAlogicdesignisanimportantmodule,generallycontainsthelookuptableandconfiguredr

6、egister,aswellasfastcarrychain,itsdesignarchitecturecandirectlyaffecttheentireFPGAdesignfeaturesforperformance.ToensuretheCLBhasoptimizedsystemperformance,minimalchiparea,thelargestsystemintegration,Thisthesisusesatop-downfull-customdesignapproach.Firstperformedarchitecturedesign,andits

7、referencetothefunctionalandstructuralpropertiesofCLB,aswellastraditionaldesignmethodsofCLB.Logicmoduleconsistsofbasiclogicunit,andmakeimprovementsbasedondeepsub-micronprocess,inordertoachievethemoreoptimizedperformance.Usingsimulationtooptimizetheexperimentalmethodtodetermineth