通用时序优化FPGA装箱算法研究.pdf

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1、摘要摘要FPGA设计包括了芯片硬件结构设计及其配套软件系统设计两大部分，其中软件系统设计需要与芯片硬件结构相匹配。由于FPGA结构的多样性，往往每开发出一款FPGA芯片，其配套的软件系统需要经过重新开发，这对FPGA的生产和研究带来极大地限制。因此通用性对于一个FPGA软件流程来说十分必要。工艺映射是FPGA软件流程中的一个重要部分，而装箱是工艺映射的组成部分，在很多情况下等同于工艺映射。由于装箱过程和FPGA结构紧密相关，如何使装箱算法能够应用于多种不同结构的FPGA中，这是需要解决的问题。国内外关于通用FPGA装箱算法多是基于图匹配

2、的方法来保证算法的通用性，如PLBMAP「1]算法，在面积优化和算法复杂度优化方面都取得了一定的突破。但随着FPGA规模越来越大，时序取代面积成为制约电路性能的头一号要素时、使用PLBMAP得到的性能并不十分理想。本文在前人的基础上进行了进一步研究，提出了一种时序优化的通用FPGA装箱算法TDU一Pack。该算法通过针对现代主流FPGA逻辑单元结构特征进行共性分析，采用对FPGA结构进行建模的方法，可以应用在不同的FPGA结构中，因而具有广泛的适应性。TDU一Pack算法以时序作为优化目标，首先对用户电路进行简单的时序分析获得时序信息，

3、然后通过计算节点间的时序关键度来指导装箱过程。实验证明，该算法不仅可以应用于学术FPGA结构和多种商用FPGA结构中，并表现出来超越PLBMAP的性能。另外，TDU一Pack在学术FPGA结构上表现出堪比T-VPack算法的性能，商用FPGA结构上表现出可比拟专业FPGA映射算法的性能。这是在通用FPGA装箱算法上的进一步深入研究。关键字:现场可编程门阵列;工艺映射;装箱;通用性;时序优化中图法分类:rrN4022、U合Ll己公LAbstTaCtAeomPleteFPGAdesignflowincludesFPGAhardwareare

4、瓦teeturedesignandtheeorresPonding50角、7aresystemdesign.Son、varedesign51一ouldmatehhardwaredesign.IfthearehiteetureofFPGAvaries，it，5likelythatforeaehnewlyProdueedFPGA，itseorre:Pondingsoftwareshouldberede:igned。whiehmakesbothresearehandProduetionmoreineonvenient.That’5whyit，

5、5reallyneeessarytodeveloPageneralsoft、varesystemwhiehapPliesinvarioussitUations.MaPPing15animPortantPartinFPGAsoftwaredesignflo琳whilePaeking15asub一oPerationofmaPPing，andPaeking15equaltomaPPinginmanyeases.FortheProeedureofPaeking15eloselyrelatedwiththearehiteetureofFPGA，t

6、he’uni、‘ersalityofPaekingalgoritllnl15thekeyProblemtosolve.Do一卫estieandforeignresearehesonuniversalPaekingalgorithmaremainlybasedontheideologyofPatternmatehinginmath，oneexample15PLBMAP，whiehhasbreakthloughonbothareasavingandruntime.Nowadays，timingProblembeeo一nesthetoPbot

7、tleneekinsteadofareasavingineireuitdesign.Unfortunately，PLBMAPhasunsatisfaetoryPerformanee.AnewuniversalPaekingalgoritlzzllTDU一Paekwillbeintrodueedinthist!lesisbasedonthefurtherresearehonthisground.T!飞15algorithmanalysestheeonlmonPartofmodernFPGAlogiestrueture，modelsford

8、ifferentkindsofFPGAstruetures，whieheanbeapPliedinvariouskindsofFPGAwithgoodu-niversality.Foeusedontirni