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FPGA的互连本钱

2017-04-26 17:51分类:电工考证知识 阅读:

  FPGA内部的可编程互连本钱是联接各模块的通道,构成多个CLB,IOB构成的功用电路。互连本钱首要由各种长度的金属导线、可编程开关点和可编程开关矩阵构成。 FPGA内部信号经过金属线在各个模块进行传输,并经过可编程开关点和可编程开关矩阵操控其传输方向。
悉数的内部布线通道都由金属线、可编程开关点及可编程开关矩阵来结束布线使命。图1所示是SPARTAN系列CLB可编程连线本钱暗示图。布线区里的金属线以犬牙交织的格栅状构造散布在两个层面(一层为横向线段;一层为纵向线段),金属线可分为单长线、双长线、长线和大局时钟线。下面临SPARTAN系列CLB可编程连线本钱进行别离介绍。


图1 CLB可编程连线本钱


图2 可编程开关矩阵
1. 可编程开关矩阵
在每一个水峻峭笔直布线通道的交汇处有-个操控布线方向的可编程开关矩阵,其构造如图4.7所示。每个开关矩阵是由多个可编程的跨接的晶体管用于树立线间的联接。容许毗连行和列的金属线段之间的可编程互连。例如一个单倍长度信号从开关矩阵的右边进入。可以与布线到上部、左部或底部的单长度线。相同,双长度线也是相同。
2.单长度线
单倍长度线供应了一种最大的互连活络性和相邻功用块之间的活络布线。在附近的CLB中,有八条水平及八条笔直的单倍长度线与每个CLB相连,这些线把坐落CLB每行每列的开关矩阵联接起来。单长度线之间的联接经过可编程开关矩阵的办法联接的。
单倍长度线在经过每个开关矩阵会发作推延,因而,不合适长间隔信号布线。通常用于有些区域的信号布线。
3.双长度线
由栅状金属段构成,比单长度线长两倍。有四条水平或笔直的双长度线与每个CLB相连。在进入下一个开关矩阵之前穿行两个CLB。双长度线是与开关矩阵交织成对分组,以使每根线在CLB的另一行或列经过开关矩阵。双长度线由开关矩阵编程联接。供应活络活络的中等间隔布线。
4.长线
长线通常水平地或笔直地跨过悉数阵列,或由中点的一个可编程别脱离关将长线分红两条独立的布线通道。每行每列两个CLB之间有3条水平长线。长线是能被一系列的三态门驱动,所以它们可以结束三态总线、宽多路改换器和”线与” 、”线或”功用。长线用于高扇出,时延小,远间隔布线。
5.大局时钟线
大局时钟线只散布在笔直方向上,用来供应大局时钟信号和高扇出的操控信号。
6.布线通道
布线通道有三种:
(1) CLB布线通道:用于联接部队通道的CLB的布线通道为CLB布线通道。
(2) IOB布线通道:在CLB阵列周围,用于联接I/O和CLB布线通道。
(3) 大局布线:使命是分配悉数器材的时钟得到最小的推延和摆率。大局布线也可用作其它高扇出信号布线。
悉数的内部布线通道是由金属段及可编程的开关点及开关矩阵来结束布线使命。一个构造的体系的矩阵在布线通道供应主动高效布线。计划软件依据密度和时序的恳求主动分配恰当本钱。(版权悉数)为了确保得到准确内连线的描写,计划者可翻开EPIC计划批改器去查找器材内实习的内部联接。
CLB输入输出信号均匀散布于CLB附近供应最大布线的活络性。通常悉数构造是对称有规矩的,它合适树立计划布线的算法。输入、输出及查找表能自在在CLB内改动方位防止布线拥堵。


图3 CLB布线连线图
SPARTAN系列具体的CLB布线连线图如图3所示,暗影方块是可编程开关矩阵。金属线经过开关矩阵PSM和可编程开关点与CLB和IOB相连。在每一个水峻峭笔直布线通道的交汇处有-个操控布线方向的可编程开关矩阵PSM。可编程开关点也是由可编程的晶体管结束所选金属线之间及模块引脚之间的联接。
FPGA的分段式连线构造供应了极好的互连活络性和很高的布线成功率。可是这种连线构造也具有显着的缺陷,因为每个信号的传输路径和金属线长度各异,它的信号传输推延时刻不能断定。与FPGA比照,CPLD不选用分段又连办法,CPLD运用接连式互连构造结束逻辑单元的互连,因而具有较大的时刻可猜测性,商品可以给出引腿到引腿的最大推延时刻,一同作业速度也更快;具有ISP功用的CPLD,可以直接在体系内对其进行编程,因而相似于一面世就具有ISP功用的SRAM查找表类型的FPGA;CPLD的首要缺陷是功耗比照大,15000门以上的CPLD功耗要高于FPGA、门阵列和分立器材。

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