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FPGA芯片架构设计与实现

  • 作者:[中] 余乐
  • 体积:32.32 MB
  • 语言:中文
  • 日期:2018-11-30
  • 推荐:

简介:可编程通用逻辑门阵列芯片简称FPGA,与CPU,DSP并列为三大通用数字处理芯片,广泛应用于通信、航空航天、医疗、国防军工以及安防视频监控等领域。通过本书的学习,读者可以全面了解一颗FPGA芯片从设计、验证到流片的全部开发过程。

电子书详细介绍

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 可编程通用逻辑门阵列芯片简称FPGA,与CPU,DSP并列为三大通用数字处理芯片,广泛应用于通信、航空航天、医疗、国防军工以及安防视频监控等领域。通过本书的学习,读者可以全面了解一颗FPGA芯片从设计、验证到流片的全部开发过程。 本书共分10章,采取“总—分”的编排方式。第1章从架构的总体设计入题对FPGA进行介绍。第2~10章,分别对其中的各个重要模块逐一介绍,包括:时钟网络、电源/地线网络和漏电流、可编程逻辑单元、可编程I/O模块、DDR存储器接口、数字延时锁定环、连线连接盒、互连线段长度分布以及配置模块。 本书适合从事集成电路设计的资深工程师、微电子专业高年级研究生以及从事微电子专业教学研究的教师和科研人员阅读。本书还可以作为高等院校教授集成电路设计的辅助资料。

编辑推荐

《FPGA芯片架构设计与实现》适合从事集成电路设计的资深工程师、微电子专业高年级研究生以及从事微电子专业教学研究的教师和科研人员阅读。《FPGA芯片架构设计与实现》还可以作为高等院校教授集成电路设计的辅助资料。

作者简介

申请人于2009年3月至2012年8月在中科院电子所可编程芯片与系统研究室攻读博士学位,从事下一代SOC FPGA的关键集成技术研究。博士课题来源于中科院/国家外专局的创新团队国际合作伙伴计划"片上可编程系统前沿技术研究”。博士毕业获微电子与固体电子学博士学位。同年,以申请人博士论文为基础,帮助实验室申请了国家自然科学基金面上项目"基于TSV互连的三维FPGA架构及关键技术研究”。
2012年博士毕业后,选择留所继续从事博士后研究工作,并作为国自基金项目的实际负责人,管理项目的整体推进,指导学生完成了2篇论文的投稿。博士后期间,参与了两款FPGA芯片的研制工作,分别是0.13um 百万门级FPGA(中科院重点方向性项目)和40nm FPGA-ip核(国家重大专项)。2015年博士后出站,出站报告"FPGA时钟分布网络研究”从延时、面积、功耗、灵活性以及热性能等多方面,对FPGA的关键架构技术进行了研究。

 

目录

第1章FPGA架构总体设计1
1.1FPGA芯片研制流程1
1.2FPGA架构设计流程7
1.3FPGA规模和资源划分17
1.4FPGA中功能模块划分20
本章参考文献26
第2章FPGA中时钟网络30
2.1简介30
2.2FPGACDN建模33
2.3时钟网络设计方法43
2.4时钟网络的灵活性48
2.5路由级联51
2.6仿真实验55
2.7时钟网络热学建模61
2.8仿真实验62
本章参考文献66
第3章FPGA中电源/地线网络和漏电流68
3.1电源/地线网络68
3.2IR—DROP分析与优化71
3.3漏电流组成73
3.4降低漏电流的方法74
3.5基于VIA分布的IR—DROP分析77
3.6仿真实验81
3.7不均匀测试点的IR—DROP求解87
3.8FPGA电源网络IR—DROP分析89
本章参考文献94
第4章FPGA中可编程逻辑单元98
4.1基于多路选择器的逻辑单元98
4.2基于四输入LUT的可编程逻辑单元的设计102
4.3LUT的模型与实现103
4.4LUT的输入数目K的确定106
4.5进位逻辑109
4.6基于查找表结构的FPGA的不足115
4.7AIC结构逻辑簇117
4.8基于AIC结构FPGA的逻辑簇120
4.9面向AIC的映射工具及结构评估平台124
4.10结构特征匹配的AIC簇互连优化125
4.11仿真分析和比较131
本章参考文献133
第5章FPGA中可编程I/O模块136
5.1可编程I/O系统结构136
5.2IOE中的可编程输入缓冲器设计138
5.3IOE中的可编程输出缓冲器设计144
5.4可编程I/O的后端版图设计156
5.5高可靠I/O模块的后端版图与测试166
5.6可编程I/O的供电策略172
5.7全芯片IO的ESD技术173
本章参考文献179
第6章FPGA中DDR存储器接口182
6.1DDRSDRAM芯片的工作原理182
6.2FPGA芯片中DDR存储器接口系统设计184
6.3DDR存储器接口控制器的设计和验证191
6.4延时锁相技术194
6.5延时锁定环电路的分析与对比196
6.6数字延时锁定环电路的性能分析与优化201
6.7延时锁定环线性模型与稳定性分析205
本章参考文献209
第7章FPGA中数字延时锁定环213
7.1实现相移的全数字延迟锁定环213
7.2数字控制延时链215
7.3时间数字转换器220
7.4双向移位计数器221
7.5鉴相器与锁定逻辑222
7.6延迟锁定环的版图设计224
7.7延迟锁定环环路的仿真224
7.8芯片的物理实现与测试平台225
7.9DDR接口的数据通路的测试验证227
7.10数字延时锁定环的测试229
7.11数字占空比矫正电路的测试232
本章参考文献234
第8章FPGA中连线连接盒236
8.1引言236
8.2问题分析237
8.3利用模拟退火算法优化CB拓扑结构241
8.4实验及结果分析246
8.5连线开关盒的电路结构设计方法251
本章参考文献259
第9章FPGA中互连线段长度分布261
9.1所提优化方法的基本思路261
9.2以面积延时积最小为目标的优化265
9.3针对所提优化方法的讨论268
9.4设计实验269
9.5FPGA芯片的设计实现270
9.6芯片的测试准备272
本章参考文献275
第10章FPGA中的配置模块277
10.1配置系统的基本组成及特点277
10.2配置系统的功能需求279
10.3配置系统的硬件结构分析281
10.4配置码流协议的结构及其对配置系统的影响286
10.5配置系统总体框架292
10.6配置码流协议的设计297
10.7配置系统的电路设计与实现300
10.8配置系统采用的验证工具与方法305
10.9配置系统的验证方案与功能点的抽取310
10.10配置系统功能验证平台的设计312
10.11配置系统验证结果319
本章参考文献324

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