可编程逻辑阵列减少毛刺的低功耗布线算法

随着集成电路工艺的进步和集成度的提高,功耗成为制约FPGA发展的主要问题.为此提出一种减少毛刺的FPGA低功耗布线算法.通过修改代价函数,在布线过程中动态地调节信号的路径,使信号到达查找表输入端的时间基本趋于一致,从而减少毛刺,降低电路的动态功耗.该算法从软件方面来减少毛刺,不需要增加任何硬件电路开销.在运算时间相同的情况下,将文中算法与VPR布线算法进行比较.实验结果表明,该算法平均能消除23.4%的毛刺,降低5.4%的功耗,而关键路径延时平均仅增加1%.

含有快速进位链的FPGA布局系统研究

为了使FPGA(field grogrammable gate array)布局系统能够处理含有快速进位链及IP(intellectual proper-ty)核的复杂电路,在模拟退火算法的基础上,提出一种新的FPGA布局算法。该算法对含有快速进位链和不含快速进位链的电模块分别构造和调用不同的评价函数。以此来优化布局系统,实验结果表明,此布局系统与最具代表性的VPR(versatile place and route)布局系统相比增加了处理进位链和IP核功能,提高了布局系统性能。

基于扫描链的FPGA可编程逻辑模块测试

随着FPGA规模的不断增大和结构的日益复杂,FPGA的测试也变得越来越困难.由此提出了一种可配置的FPGA芯核扫描链设计,并讨论了基于扫描链的可编程逻辑模块(Configuration Logic Blocks CLB)测试.提出的扫描设计可以通过配置调整扫描链的构成,从而能够处理多个寄存器故障,且在有寄存器故障发生时,重新配置后能继续用于芯片的测试.基于扫描链的CLB测试,以扫描链中的寄存器作为CLB测试的可控制点和可观测点,降低了对连线资源的需求,可以对所有的CLB并行测试,在故障测试的过程中实现故障CLB的定位,与其它方法相比,所需配置次数减少50%以上.

防火墙寄存器技术的FPGA低功耗布线算法研究

针对减少毛刺能够有效地降低电路功耗,提出了一种基于防火墙寄存器技术的FPGA低功耗布线算法。在布线过程中,一方面运用算法增加防火墙寄存器滤掉毛刺;另一方面通过修改代价函数,动态地调节输入信号的路径,使信号到达查找表输入端的时间基本趋于一致,从而有效地减少毛刺,降低电路的动态功耗。实验结果表明,在运算时间相同的情况下,与其他算法相比,该算法平均能消除约72%～81%的毛刺,降低约4%～8%的功耗,减少约23%～26%的关键路径延时,而只增加4%的触发器。

基于PathFinder和拆线-重布的FPGA时序布线算法

为了解决当前FPGA布线算法的绕线问题,进一步减少关键路径的延时,提出一种混合PathFinder和拆线-重布的FPGA时序布线算法.在PathFinder时序算法整体布线布通之后,拆掉一些影响关键路径延时的线网路径,再对这些拆掉的线网采用PathFinder算法进行增量布线;在重布的过程中,通过为关键连接和其他连接采用差别化的关键度来专门优化关键连接的路径,从而减少整个关键路径的延时.实验结果表明,与VPR时序驱动布线算法相比,该算法能平均减少12.97%的关键路径延时,而运行时间仅增加了4.87%.

FPGA测试配置完备性的分析评价方法

测试配置开发是FPGA测试中的重要环节之一,为加快FPGA测试配置开发进程,提出一种基于配置词典的FPGA测试配置分析评价方法.首先建立FPGA基本可编程单元的配置词典,给出其完备测试需要的所有配置码;然后采用模板化的方法分析测试配置,计算测试配置对配置词典的覆盖率;最后根据计算的覆盖率评价测试配置的完备性.实验结果表明,文中方法能够正确地评价测试配置的完备程度,报告测试配置所有可测和不可测的FPGA资源;与故障仿真方法相比,该方法的时间复杂度从O(kpn2)减少到O(kn′),运行时间从数百小时缩短到几分钟,且运行时间独立于FPGA的阵列规模.

FPGA连线连接盒中基于信息熵优化的结构设计

连线连接盒（CB）的结构设计是FPGA结构设计中的重要部分，从工程应用的角度提出一种适用于任意可编程开关比例的CB设计方法．首先提出一种新颖的按列移行方法，用于给出特定约束下可编程开关的初始布局；再以可编程开关在CLB输入引脚上分布的最大信息熵为优化目标，利用模拟退火算法得到优化的CB结构．实验结果表明，与其他方法相比，该方法提高了约8％的布通率，并降低了2％～6％的面积延时积．

一种减少重复搜索的FPGA快速布线算法

为了提高FPGA布线的运行速度,提出一种减少重复搜索的快速布线算法,该算法分为布通驱动布线算法和时序驱动布线算法.在布通驱动布线算法中,通过把线网的布线路径转换成连接的布线路径来判断每条连接的路径中是否存在拥塞节点,如果存在,保留其布线路径,否则重新进行搜索;时序驱动布线算法采用临界度判定机制来平衡运行速度和时序性能之间的比重.实验结果表明,与公认的VPR布线算法相比,布通驱动布线算法和时序驱动布线算法的运行时间分别平均减少了95.19%和28.98%,且时序驱动布线算法的关键路径延时减少了4.80%.

动态自适应低密度奇偶校验码译码器的FPGA实现

在复杂深空通信环境中，自适应能力的强弱对低密度奇偶校验（LDPC）码译码器能否保持长期稳定工作具有重要影响。该文通过对DVB—S2标准LDPC码译码器各功能模块的IP化设计，将动态自适应理论参数化映射到各功能模块中，实现动态自适应LDPC码译码器的设计。基于StratixIV系列FPGA的验证结果表明，动态自适应LDPC译码器可以满足不同码率码长及不同性能需求下的译码。同时，单译码通道可以保证译码数据信息吞吐率达到40．9-71．7Mbps。

针对递归函数的高级综合编译优化算法

为了消除高级综合中的递归函数调用,提出一种基于函数调用图(FCG)和分支决策的编译优化算法.首先在LLVM编译器架构下给出FCG的中间结构,将递归调用转换为非递归函数的嵌套调用,然后借助决策树的构造规则去除函数体中的分支判断及未调用的子支,最后采用子函数复用、资源预评估的方法控制实现电路的规模.实验结果表明,与内联展开算法RecursionHW相比,采用该算法综合后的逻辑单元数平均减少63%,时钟频率平均提高3.2倍,并且高级综合的总时长随递归深度的增大而呈指数级减少.

基于数组分块的FPGA高级综合编译优化算法

针对FPGA高级综合中提高矩阵存储并行的问题,提出了一种基于数组分块的编译优化算法,用来优化以矩阵乘法为代表的矩阵应用。算法在LLVM编译器架构下对访存密集的数组进行分块,然后对迭代空间进行对应的合并,最后修改迭代空间与数据空间之间的数据访问。与AutoESL循环展开算法的实验对比表明,在分块数目最优的情况下,矩阵乘法电路的延时平均被降低46%,资源平均被降低39%。因而该基于数组分块的高级综合编译优化算法能有效降低电路延时和资源使用量。

改进的基于属性不变量生成和数学归纳法的时序逻辑优化算法

为了在时序逻辑综合中使电路面积和关键路径延迟同时得到快速优化,提出一种改进的基于假设后验证的时序优化算法.在位并行随机模拟提取候选属性不变量之前,利用寄存器共享来降低初始候选不变量数目,以减少SAT程序的频繁调用;然后利用推测化简模型和改进的数学归纳法将基本条件和归纳步骤合并处理,有效地降低了电路规模和关键路径延迟,同时提高了算法运行速度.实验数据表明,文中算法使寄存器和节点规模平均下降41%和48%,关键路径延迟减小30%;与同类方法相比,该算法运行时间平均下降17%.

采样可选择的FPGA片内逻辑分析仪设计方法

针对大容量的信号采样时片内逻辑分析仪存储器资源紧张的情况,本文提出了一种采样可选择的FPGA片内逻辑分析仪的设计方法.本方法通过布局布线约束实现JTAG硬核的复用,并利用JTAG硬核修改FPGA内寄存器实现采样信号的重新选择.测试结果表明,与某商用工具相比,根据该方法实现的片内逻辑分析仪对采样信号进行N分组后,在同等条件下所需的片内存储资源降低到1/N,同时设计时序的稳定性得以保证.

标准低密度奇偶校验码译码算法中量化结构

DVB-S2标准低密度奇偶校验码(LDPC)译码器在深空通信中面临着低复杂度、高灵活性及普适性方面的迫切需求。通过对LDPC译码算法中量化结构的研究,提出一种动态自适应量化结构的设计方法。该方法在常规均匀硬件量化的基础上,提出了修正化Min-Sum译码算法中的数据信息初始化及迭代译码的动态自适应量化结构,解决了DVB-S2标准LDPC码译码时存在的校验节点运算与变量节点运算之间的复杂度不平衡的问题,并由此提高了译码器的译码性能。实验证明,以DVB-S2标准LDPC码中码长为16 200,码率为1/2的为例,提供动态自适应量化结构与常规的均匀量化结构相比,节省硬件资源为4%。此外,动态自适应量化结构支持动态可配置功能,保证了DVB-S2标准LDPC译码器的灵活性及普适性。

自动修复短时序违反路径的FPGA布线算法

为了解决寄存器保持时间不满足而引起的短路径问题,提出一种自动修复短时序违反路径的FPGA布线算法。在VPR时序布线算法整体布线布通之后,调用短路径时序分析来获取违反短时序约束的布线连接,然后通过修改代价函数,对每条违反短时序约束的连接进行增量布线,使每条连接的路径延时尽可能达到满足短时序约束所需的延时。实验结果表明,本算法与VPR时序驱动布线算法相比,能够平均修复94.7%的短时序违反路径,而运行时间仅增加了6.8%。

一种基于半监督AdaBoost模型树的FPGA性能表征方法

提出了一种基于半监督自适应增强(Ada Boost)模型树的建模方法,用于现场可编程门阵列(FPGA)的性能表征。该方法以半监督学习方式,构建了FPGA性能关于FPGA架构参数的解析模型,同时采用Ada Boost算法提高FPGA性能模型的预测精确度。使用VTR(Verilog To Routing)电路集,基于该方法构建的性能模型在预测FPGA上实现的应用电路面积时,平均相对误差(MRE)为4.42%;预测延时的MRE为1.63%;预测面积延时积时,MRE为5.06%。与全监督模型树算法以及现有的半监督模型树算法相比较,该方法构建的FPGA实现面积模型的预测精确度分别提高了39%,26%。实验结果显示,该方法在确保较少的时间开销前提下,构建了具有高预测精确度的FPGA性能模型,提供了一种高效的FPGA性能表征方法。

基于冗余寄存器分类的时序网络面积优化算法

本文根据时序网络中存在冗余的特点,提出将冗余寄存器分为三类:在所有可达状态空间输出端逻辑值恒为常数的寄存器、输入端相同的寄存器和对原始输出端逻辑值无影响的寄存器;并提出了一种基于AIGs(And-In-verter Graphs)的移除冗余寄存器的面积优化算法.将三值模拟、寄存器共享和COI(Cone of Influence)化简三种方法结合实现冗余寄存器的消除,达到减少寄存器数和节点数,优化时序网络面积的目的.实验结果表明,本算法可以使寄存器规模平均下降23%,节点数平均减少26%.

基于区域重组的异构FPGA工艺映射算法

传统异构FPGA工艺映射算法一般不打破实现专用功能和查找表功能的子网表之间的层次边界,因而缩小了映射的优化空间.为此提出一种利用区域重组打破单元间层次边界的异构FPGA工艺映射算法.首先利用贪心策略实现FPGA多单元的映射,即优先使用性能好的专用功能单元;然后利用标记锥实现子网表之间的区域重组,打破专用功能单元和查找表之间的层次边界,减小了映射结果的面积和延迟开销.实验结果表明,与公认的ABC中的工艺映射算法相比,该算法能平均减少逻辑单元面积12.2%,减少电路关键路径延时2.5%.

一种高精度的FPGA电路面积时序预测方法

在FPGA上设计应用电路时,逻辑综合过程和物理综合过程需要反复进行多次,来满足面积时序约束。为了加速整个FPGA CAD流程,提出了一种在物理综合之前,使用前馈神经网络预测面积时序的方法。和FPGA布局布线工具VTR 7.0的实验结果相比,该神经网络预测面积平均相对误差(MRE)达到4.9%,预测时序平均相对误差(MRE)达到6.4%,和现有文献相比,具有预测时间早,预测精度高的特点。该预测模型将帮助用户缩短设计周期,在逻辑综合阶段更加全面探索设计空间,提高设计质量。

多层金属电源线地线网络拓扑结构的IR-drop分析方法

提出了一种电源/地线(P/G)网络压降(IR-drop)静态分析方法.该方法探索了多层金属立体P/G网络结构,通过输入各金属层的坐标和通孔(Via)的工艺规则,分析不同多层金属P/G网络的拓扑结构对IR-drop的影响.实验结果表明,文中方法的压降评估结果与SPICE仿真结果相比有着高度的一致性,平均误差小于0.4%,且算法时间复杂度与通孔数目成线性关系.并且指出中间层金属的拓扑结构对IR-drop的分布和大小有重要影响.