反熔丝FPGA 芯片的布线资源规划与设计实现

摘要

现场可编程门阵列（FPGA，Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件（PLD，Programmable Logic Device），具有用户现场可编程、高集成度、高可靠性等优点。经过三十多年的高速发展，FPGA芯片从冷门器件逐步发展为成为最为重要的可编程器件类型，在计算机硬件、汽车电子、物联网等诸多领域有广泛的应用。反熔丝FPGA是FPGA芯片中独特的一种，以反熔丝为基本编程结构，是一次性可编程器件。由于反熔丝编程后状态不可翻转，具有很强的抗辐照能力，因此反熔丝FPGA特备适用于航天航空等领域。我国反熔丝FPGA产业薄弱，很多关键性的技术问题有待研究。布线资源是反熔丝FPGA的重要组成部分，是实现芯片内部结构互联的基础，对反熔丝芯片的编程速度和工作性能有很大影响。
　　基于上述背景，本文针对反熔丝FPGA的布线资源做了大量的研究，研究内容主要有以下几个方面。
　　首先研究反熔丝FPGA的基本原理，结合制造工艺，将布线资源划分为水平布线和垂直布线两种，进一步组合成为水平通道和垂直通道，最后使用布线通道构建布线资源的架构。
　　不同的电路子模块对布线的要求不同，将布线资源划分为多种类型更能满足电路设计需求。据此，布线资源被划分为五种，分别是垂直通道长线、水平通道长线、水平布线、逻辑模块输入布线和逻辑模块输出布线。除了水平布线主要用于布线互联，其他四种布线资源都和逻辑模块直接相关，可见布线资源的设计中心是逻辑模块。
　　除了互联功能，布线资源在编程测试过程中也发挥重要作用。本文中还设计了多种布线资源的辅助电路模块，完善了布线资源的结构，改进了布线资源性能。反熔丝位于布线资源中，反熔丝的编程通路由布线资源构成理所当然。不同类型的反熔丝构建独特的编程通路，独特的编程通路既能顺利完成编程过程，又能避免误编程的出现。另外还分析布线资源对FPGA编程顺序的影响，设计出合理的编程顺序。
　　最后一章介绍了布线资源在芯片编程前测试中的使用情况。还将一个功能为移位寄存器的设计配置到芯片中，通过反熔丝FPGA的开发软件对各类布线资源的使用做出详细的分析。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 FPGA发展状况介绍

1.2研究布线资源的重要意义

1.3 布线资源的文献综述

1.4 本文主要工作内容及结构安排

第二章 反熔丝FPGA电路的基本结构

2.1 反熔丝FPGA的电路构架

2.2 反熔丝

2.3 反熔丝FPGA的子电路

2.4 本章小结

第三章 反熔丝FPGA的布线资源规划

3.1 布线资源的规划

3.2 布线资源类型

3.4 本章小结

第四章 布线资源及其辅助结构设计

4.1 布线资源分段结构设计

4.2 布线资源辅助结构设计

4.3 布线资源的编程通路设计

4.4 本章小结

第五章 布线资源在FPGA芯片中的应用

5.1 芯片查空

5.2 用户设计实现

5.3 本章小结

第六章 结 论

6.1 总结

6.2 论文创新

6.3 工作展望

致谢

参考文献