基于fpga的逻辑综合方法的-研究与设计

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1、2基于FPGA的逻辑综合方法的研究与设计片朝着高密度、低压、低功耗方向挺进，相应的支持软件的发展也紧随其后。对于我国，无论是民用还是军用上每年都需要数以万计的FPGA芯片，而这些芯片完全依靠进口，而使用的EDA软件也是从国外买进。国内的现状是没有独立生产的FPGA芯片和属于中国的支持软件，更多的人是把精力放到了FPGA的系统开发上。没有自主产权的局面使中国的高新科技的发展，国防信息及国家安全等都受到了一定的威胁。为了解决这个问题，提出了设计属于我国自主产权的FPGA芯片及相关支持软件的项目。1．3研究背景和意义现在EDA软件的发展主要集中在美国，其他各国也在致力于设计新的EDA工具，日

2、本和韩国都有自己的支持软件，但是目前没有对外公开，而我国目前与EDA软件的发展还存在着一定的距离，因此需要认真向国外学习这方面的技术。现在市场上使用的支持软件都涉及到使用权的问题，而且所有的商用软件都是无法得到源代码的。而美国的加州大学柏克利分校及加拿大的多伦多大学等一些大学已经对电路设计这方面有了几十年的研究历史，并公开研究成果，推出一些自己研发的开源软件，如HSIS，SIS，v12mv，MVSIS，VPR等等。而现在市场上的一些商用的支持软件就是从这些开源软件发展而来，因此对于我国的现状，研究这些开源软件对设计新的支持软件有很大的帮助。逻辑综合，作为电路设计中的一个重要步骤，其优化

3、的结果对综合后面的布局布线等操作起着决定性的作用，因此，电路的综合优化一直受到了广泛的关注，从最简单的代数处理方法，布尔操作，到无关项，函数的转换化简方法以及最近提出的基于可划分集合SPFD的方法等，逻辑综合的方法在面向不同的优化目标，不同的芯片有了更多的可选性；数据结构从最早的以布尔表达式存储的方式到现在的使用决策二叉图BDD存储，这些使软件的运行速度和性能都有了很大的提高，但是跟FPGA芯片集成度和系统设计复杂度的增长还有段距离，因此在软件的设计上还有很大的提升空间。电路设计及优化的技术，包括逻辑综合，布局布线等关键技术及新方法都是由国外的学者提出的，而且这些技术在国外已经非常成熟

4、。而随着FPGA芯片技术的不断发展及在各方面的应用，FPGA将会占芯片市场的主导地位，而高性能芯片和相关支持软件的设计在国内还是空白，因此设计研发FPGA芯片及支持软件对中国的芯片市场有着重要的意义。1．4本文章节安排本文主要研究并设计基于FPGA的逻辑综合方法，将逻辑综合的过程在功能第一章绪论’3上分为工艺无关和工艺相关的逻辑综合两个部分，研究传统的方法并设计和实现新的综合方法。本论文主要内容安排如下：第一章，绪论，介绍课题来源，目前发展现状，国内外发展情况等。第二章，介绍FPGA的基本结构类型及综合的概念。第三章，逻辑综合中使用的基本概念。第四章，工艺无关的逻辑综合方法的研究与实现

5、，主要从网络重构和节点最小化两个方面介绍了工艺无关的逻辑综合方法，实现了基于允许函数集的无关项优化方法，并与其他优化方法进行实验对比。第五章，工艺相关的逻辑综合方法的设计，主要针对工艺映射后的查找表网络提出了一种基于可划分集合的重连线算法。第六章，对当前工作的总结及将来工作的展望。第二章FPGA及综合的介绍52．1FPGA的介绍2．1．1FPGA的分类FPGA是在可编程逻辑器件PLD等基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路ASIC领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点，具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围宽等特

6、点。FPGA的发展非常迅速，形成了各种不同的结构。按逻辑功能块的大小分类，FPGA可分为细粒度FPGA和粗粒度FPGA。细粒度FPGA的逻辑功能块较小，资源可以充分利用，但是连线和开关多，速度慢；粗粒度FPGA的逻辑功能块规模大，功能强，但资源不能充分利用。从逻辑功能块的结构上分类，可分为查找表结构，多路开关结构和多级与非门结构。根据FPGA内部连线的结构不同，可分为分段互连型FPGA和连续互连型FPGA两类。分段互连型FPGA中具有多种不同长度的金属线，各金属线之间通过开关矩阵或反熔丝编程连接，走线灵活方便，但走线延时无法预测l连续互连型FPGA是利用相同长度的金属线，连接与距离远近

7、无关，布线延时是固定的和可预测的。根据编程方式，FPGA可分为一次编程型和可重复编程型两类。一次编程型采用反熔丝开关元件，具有体积小，集成度高，互连线特性阻抗低，寄生电容小和高速度的特点，此外还具有加密位，防拷贝，抗辐射，抗干扰，不需外接PROM或EPROM的特点，但只能一次编程，比较适合于定型产品及大批量应用，Actcl公司和Quicklogic公司提供此类产品。可重复编程型FPGA采用SRAM开关元件或快闪EPROM控制的开关元件，配置数据