[发明专利]基于最小环的FPGA布线矩阵的开关盒设计方法

说明书

技术领域

本发明属电子技术领域，涉及FPGA布线矩阵的开关盒结构，具体涉及基于最小环的FPGA 布线矩阵的开关盒设计方法。

技术背景

现场可编程门阵列(FPGA)发展至今已陆陆续续地出现了若干种布线矩阵的开关盒结构， 最常用的莫过于分离型(Disjoint)、通用型(Universal)以及威尔顿型(Wilton)等三种经典结 构(内置存储器的现场可编程门阵列的结构和算法，史帝文·J·E·威尔顿Architectures and Algorithms for Filed-Programmable Gate Arrays with Embedded Memory，Steven J.E. Wilton)，见图1。可是随着FPGA布线矩阵的规模的扩大，布线矩阵的开关盒需要应对越来 越复杂的布线要求，对于布线矩阵的开关盒结构的灵活性的要求越来越高，而以往的这些简 单的布线矩阵的开关盒结构正面临着巨大的挑战。它们是否能够应对这样的挑战，有什么方 法来判断一个布线矩阵的开关盒结构的灵活性，进而推动新的布线矩阵的开关盒设计方法， 成为本领域研究人员的关注热点。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的FPGA布线矩阵的开关盒结构设计方法，具体涉及基于最 小环的FPGA布线矩阵的开关盒设计方法。

本发明方法制得的灵活的布线矩阵的开关盒结构，能用作FPGA布线资源。

本发明方法的核心技术方案是致力于使布线资源图的最小环尺寸最大化，使得最终得到 的布线矩阵的开关盒结构灵活。

本发明的目的通过下述方法和步骤实现：

1、确立布线资源图

把互连结构映射成图，即布线资源图，其中线网为节点，可编程连接为边。

对于一个由单管连接构成的布线矩阵的开关盒结构来说，布线矩阵的开关盒的每个端口 就是一个节点，而每一个可编程连接就是一条无向边。本发明所述的布线矩阵的开关盒结构 的布线资源图就是由上述的节点和无向边组成的无向简单图(图1显示了现有技术的 Disjoint，Universal，Wilton等三种经典结构布线资源图，其中每个标签标出的端口就是 节点，每根线标出的可编程连接就是边)。

2、广度优先搜索

在一个布线资源图中，从一个节点开始做广度优先搜索(BFS)。本方法根据在尽可能少的 层数内搜索到尽可能多的其它节点的目标设计制得本发明的布线资源的结构。所得的布线资 源结构可以从一个线网出发，经过尽可能少的可编程连接后，达到尽可能多的其它线网。

BFS在某一层中能搜到多少节点首先和上一层的节点数以及上一层每个节点的出度有关。 而如果一个布线资料图中所有节点的出度都是确定的常量的话，那么从搜索起点开始每一层 可以搜到的节点的个数就也都是定值。从已被搜索过的节点出发的边称为搜索边 (searching-edge)。沿着搜索边去搜索另一端的节点，如果发现一个新的节点，该搜索边称 为发现边(discovery-edge)；而如果在搜索边另一端遇到的是之前已被搜索到过的节点，该 搜索边就称为交叉边(cross-edge)。如果搜索边搜到一个曾经搜到过的节点，换言之，这一 个节点通过不同的方式又被搜到了一次，那么它就占用了本可以让其它节点在该层被找到的 机会。结果就是，在这一层上新找到的节点的数目就减少了。某一层节点数的减少将会进一 步更大程度地限制下一层可以找到新点的个数(图2)。本发明的布线资源图在进行BFS时， 每条搜索边遇到的节点都是新的未曾被搜索到过的点，可以在尽可能少的层中搜索到尽可能 多的新节点。

当大多数点都已经被找到后，再往下进行搜索无法避免的会出现下述现象：搜到已经搜 到过的点。若所属现象尽可能晚地出现，即意味着在这之前的搜索层中找到的节点个数已经 最大化了。对于对应的布线资源而言，这也就是说一个线网在经过相应级数的可编程连接后 所能连接到的其它线网的数目的最大化，这就直接地体现了结构的灵活性。

3、最小环最大化