深亞微米FPGA結構與CAD設計

所属分类:輔助設計與工程計算  
出版时间:2008-11   出版时间:電子工業出版社   作者:(加) (貝茲Betz) (V) (加) (馬夸特Marqu   页数:210  

前言

  集成电路是信息产业的核心部分。2000年,以集成电路为基础的信息产业成为世界第一大产业。2007年,我国信息产业规模己超过日本,连续四年位列世界第二,已成为我国第一大支柱产业。2005年,我国已经超过美国,成为全球第一大集成电路消费市场。但是我国集成电路设计业总销售额仅占全球市场的3%,这一产业规模使得我国集成电路行业的贸易逆差也成为全球第一。据“中国集成电路设计产业新十年发展论坛暨中国半导体行业协会设计分会2005年年会”会议报告,2004年我国集成电路的进口额是石油进口额的1.3倍,钢材进口额的1 7倍,高达546.2亿美元,这种形势还在继续恶化。针对我国集成电路自主创新能力薄弱、缺乏核心技术的现状,国家非常重视“十一五”期间集成电路产业的发展,“自主创新”将成为产业发展的战略重点,加快我国从集成电路的消费大国到产业强国的转型步伐。  在高端通用芯片领域,我国经过多年的努力已经拥有自主设计的CPU、存储器和DSP芯片。但是至今还没有自主设计的商品化FPGA器件及其软件系统。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006——2020)》中,已经把核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品列为重大专项,其中FPGA是重要的组成部分。随着国际电子工业竞争日趋激烈,产品从开始设计到最终上市的时间直接关系到企业的生存与否。基于FPGA设计的电子产品具有设计成本低、上市时间快、设计灵活便于修改、生命周期长等优点,在通信、消费电子、汽车电子、工业控制、互联网等领域均得到了广泛应用,并不断渗透到ASIC、ASSP、DSP芯片的传统市场。FPGA的市场占有份额以及在整个集成电路领域的核心地位不断提高。

内容概要

  《深亞微米FPGA結構與CAD設計》譯自加拿大Vaughn Betz所著的《Architecture and CAD for Deepsubmicron FPGAs》,《深亞微米FPGA結構與CAD設計》是FPGA硬件結構設計和軟件算法開發的經典之作。《深亞微米FPGA結構與CAD設計》詳細論述了在高性能FPGA結構設計和CAD軟件開發中的要點,著重探討了對深亞微米FPGA至關重要的技術和學術問題。《深亞微米FPGA結構與CAD設計》不討論如何使用商用的FPGA器件,而是側重于自主研究設計FPGA芯片結構和軟件算法。通過分析和比較不同的可編程硬件結構、優化算法,得出提高FPGA芯片結構效率和算法性能的基本方法。  《深亞微米FPGA結構與CAD設計》適合于電子和計算機技術專業高年級本科生和研究生使用,也可供通信、軟件和機電類研究生、教師,以及相關專業技術人員參考。

书籍目录

第1章 引言1.1 FPGA概述1.2 FPGA結構問題1.3 研究方法和CAD工具1.4 本書結構1.5 致謝第2章 背景知識與之前的研究工作2.1 FPGA結構2.1.1 FPGA可編程技術2.1.2 FPGA邏輯單元塊結構2.1.3 FPGA布線結構2.2 FPGA CAD工具2.2.1 綜合和邏輯單元塊打包2.2.2 布局2.2.3 布線2.2.4 延時模型2.2.5 時序分析2.3 小結第3章 CAD工具︰打包和布局3.1 邏輯單元塊打包3.1.1 基于簇的邏輯單元塊3.1.2 基本邏輯單元塊打包算法︰VPack3.1.3 時序驅動邏輯單元塊打包算法︰T-VPack3.1.4 T-VPack和VPack的比較3.2 布局︰VPR3.2.1 VPR布局工具概述3.2.2 新型自適應退火方案3.2.3 新型成本函數︰線性擁擠3.2.4 線網邊界框的增量式更新方法3.3 小結第4章 布線工具和布線結構生成4.1 CAD流程中VPR的地位4.2 參數化結構及其生成4.2.1 參數化結構4.2.2 布線資源圖4.2.3 參數化結構的自動生成4.3 布通率驅動布線器4.3.1 成本函數和布線策略4.3.2 速度的改進4.4 時序驅動布線器4.4.1 Elmore延時模型的優點4.4.2 Elmore延時的直接優化4.4.3 線網布線算法復雜度4.4.4 動態基本成本函數4.4.5 布線策略4.5 延時提取和時序分析4.6 布線器和布局算法的驗證4.6.1 布通率驅動布線器和布局算法4.6.2 時序驅動布線器4.7 小結第5章 全局布線結構5.1 研究出發點5.2 實驗方法5.2.1 CAD流程5.2.2 面積利用率的衡量指標5.2.3 FPGA結構的重要細節5.3 實驗結果︰偏向型布線結構5.3.1 邏輯單元塊方形陣列的結果5.3.2 邏輯單元塊矩形陣列的結果5.4 實驗結果︰非均勻布線結構5.4.1 中心/邊緣布線通道寬度比例5.4.2 中心加寬的布線通道5.4.3 I/O布線通道5.5 小結第6章 基于簇結構的邏輯塊第7章 詳細互連結構第8章 結論和後續工作附錄A VPR中的視圖附錄B EPGA電路和工藝建模附錄C 互連晶體管和金屬線的尺寸參考文獻關鍵詞索引專業名詞中英文對照

章节摘录

  第1章 引言  自从1984年问世以来,FPGA(现场可编程门阵列)已经成为数字电路设计领域中的一种最普遍的实现途径,并且发展成为每年20亿美元的产业。半导体工艺尺寸已经进入深亚微米领域,促使FPGA的逻辑容量大幅上升,使之能适合于实现更大规模的设计。为了充分利用这些新型的深亚微米工艺技术,必须重新构建FPGA硬件结构和相应的CAD(计算机辅助设计)工具。本书论述了高性能FPGA结构设计和CAD工具开发过程中的一些关键问题,其中着重探讨了FPGA在深亚微米工艺下的重要议题。  以下三个要素决定了FPGA的性能:将电路映射到FPGA的CAD工具质量,FPGA硬件结构特性和FPGA电路设计水平(即晶体管级的电路设计)。本书对这三个要素做了全面综合的研究,并且相信这是第一本系统探讨FPGA结构和相应CAD工具的书籍。  为了评价不同FPGA结构的优劣,需要各种CAD工具,它们能够根据每一种被研究的FPGA结构自动实现电路。一旦电路用某种FPGA结构实现,就需要准确的面积和延时模型来评价在待测的FPGA结构上所实现电路的性能(达到的速度和需要的面积)。因此本书包括以下三部分主要内容:开发高效灵活的CAD架构,创建准确的FPGA延时和面积模型和探讨FPGA硬件结构的关键问题。  通过衡量在深亚微米工艺下(0.35gm)所需要的面积和达到的速度,全书比较了各种FPGA结构。采用了对FPGA版图进行详细估计的面积模型,并兼顾一些重要深亚微米效应的延时模型,例如,在早期研究中经常被忽略但又值得注意的金属线阻容效应。只有采用在目标生产工艺上FPGA电路的详细模型,才能够充分地研究FPGA的结构问题。因此本书对这些问题做了广泛的探讨。  工业界对FPGA的研发往往只关注个别问题的解决方法——结构工程师选择合理的设计方案并做必要的猜测,使得一个产品能够适时地进入市场。工业界的产品文档并不说明这些设计方案是仔细研究所得的,还只是有根有据的猜测。他们通常不会调查(或者至少不会发表)不同的设计方案可能会造成的迥异效果。……

图书封面




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