细颗粒FPGA布局布线算法优化与其软件实现

摘要

在现代现场可编程门阵列(FPGA,Field Programmable Gate Array)的计算机辅助设计系统(CAD, Computer-aided Design)中,布局布线是十分重要的环节,其功能为如何将逻辑电路映射到具体 FPGA芯片的物理位置并布通相应的逻辑功能模块。随着 FPGA逻辑门数越来越多,结构越来越复杂,促使产业界必须用优化的布局布线算法来减少芯片的时延和面积,提高芯片的布通率,最终达到芯片系统性能提升的目的。
　　本课题在深入剖析和研究学术界FPGA芯片结构及主流CAD系统整体设计及其布局布线算法的基础上,设计并优化了多逻辑模块细颗粒 FPGA的布局布线算法,并编写了相应的软件实现和验证了这个算法。主要完成以下工作:
　　1.研究比较了FPGA的发展历程,主要架构特点,尤其是介绍了包含组合逻辑模块和时序逻辑模块的 FPGA逻辑单元结构,这对现行布局布线算法和工具提出了全新的挑战;接着本文简单介绍了CAD系统的关键流程,深入阐述了布局布线功能在整个系统中的重要性,初步探讨了布局布线优化的思路。
　　2.详细研究了基于VPR(Versatile Place and Route)的FPGA布局布线算法,阐述了由模拟退火算法模型为基础的布局算法,介绍了 FPGA的布线资源的参数化结构描述,布线资源图及全局布线方法和全局兼详细布线方法。
　　3.对学术界已有的布局布线算法探讨的基础上,仔细对比了快速模拟退火算法,推广型模拟退火算法,自适应模拟退火算法的优劣。结合多逻辑模块行结构细颗粒 FPGA的具体特点,总结出双模块并行自适应模拟退火算法作为布局优化算法,路径搜索算法作为双模块FPGA的布线优化算法。
　　4.最后编写了FPGA的架构描述文件XML和VPR布局布线工具的C语言程序,实现了细颗粒FPGA的布局布线的优化。

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第一章 引言

1.1 选题背景

1.2 本文主要工作

1.3 本论文结构安排

第二章 FPGA架构及其主要特点

2.1 FPGA架构

2.2 FPGA CAD系统流程

2.3 本章小结

第三章 基于VPR的FPGA布局布线基本介绍

3.1 FPGA布局布线基本知识介绍

3.2 FPGA布局

3.3 FPGA布线

3.4 本章小结

第四章 FPGA布局布线算法优化研究

4.1布局算法优化研究

4.2 布线算法优化

4.3 FPGA位流生成

4.4 本章小结

第五章 行结构的细颗粒布局布线优化算法软件实现

5.1 基于行结构的细颗粒FPGA CAD系统介绍

5.2 逻辑综合工具

5.3 工艺映射工具

5.4 修改的VPR布局布线工具

5.5本章小结

第六章 结 论

6.1 本文的主要贡献

6.2 下一步工作的展望

致谢

参考文献