五万系统门级非易失性FPGA设计

摘要

非易失性FPGA是新兴的以非易失性存储作为其基本存储单元的FPGA。与传统基于SRAM的FPGA不同，它的最大特点是系统掉电配置信息不消失，同时，带给使用者更多丰富的非易失特性的相关功能。本课题以此出发，开发一款系统门为五万门规模的非易失性FPGA芯片。
　　本课题通过借鉴华微公司已有硅验证、基于SRAM架构的FPGA，重新设计芯片架构，进一步优化设计基本模块，在芯片中集成嵌入式FLASH IP，通过研究FPGA配置规律，设计与所嵌入的FLASH匹配的读、写、擦时序控制电路等相关模块，以实现单芯片非易失性FPGA的设计。
　　通过阅读大量相关资料与专利，并借助以往项目经验为基础，对本课题做了深入的研究，并完成了相关研究和设计：多种非易失性 FPGA架构分析；非易失编程技术研究；系统门为五万门的非易失性 FPGA的架构设计；主要组成模块的设计与优化；全芯片的仿真验证。
　　本人在课题项目中，主要负责项目管理，并参与架构的规划设计、芯片内部控制器的设计，以及顶层主要仿真验证。
　　本课题芯片采用0.18μm内嵌FLASH IP的CMOS工艺制程，截止论文撰写阶段，本课题所设计芯片已流片，测试结果基本达到了预期的设计，性能参数有待进一步提高。
　　通过本课题的研究与后期成果测试，成功的证明了所设计的非易失性 FPGA的架构思想，验证了在此架构下小规模非易失性FPGA的可行性，进而推广将中小规模基于SRAM的FPGA移植成单片非易失性FPGA提供了有效的设计方法，具有较大的商业价值。

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第一章 绪论

1.1 非易失性FPGA发展概况及现状

1.2 非易失性FPGA市场价值

第二章 非易失性FPGA存储单元技术

2.1 熔丝编程技术

2.2 反熔丝编程技术

2.3 掩膜编程技术

2.4 PROM编程技术

2.5 EPROM编程技术

2.6 EEPROM编程技术

2.7 FLASH编程技术

第三章 非易失性FPGA架构设计

3.1 非易失性FPGA芯片架构

3.2 非易失性FPGA芯片电源规划

3.3 非易失性FPGA芯片布局

第四章 非易失性FPGA模块设计

4.1VPM FPGA设计

4.2 芯片控制器PROCESSOR模块设计

4.3嵌入式FLASH IP的选取

第五章 非易失性FPGA芯片仿真验证

5.1 模块级功能验证

5.2 芯片级功能验证

5.3 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果