[发明专利]一种可重构算子阵列结构

说明书

【技术领域】

本发明涉及集成电路设计领域，具体涉及一种可重构算子阵列结构。

【背景技术】

FPGA可编程实现不同功能，能够弥补CPU处理速度慢和ASIC灵活性差的不足，随着工艺的进步和结构的优化，目前FPGA已经成为与CPU、DSP、存储器同等重要的IC器件，在通信领域、消费电子领域、国防、航空航天等领域中被广泛应用。同时，在可预见的未来，FPGA的优势将继续保持，且被越来越多的领域所接受，具有很强的生命力。

当前FPGA的结构均基于SRAM编程方式，可编程逻辑单元采用LUT(Lookup Table，查找表)构建，基于布尔逻辑的映射方法。这种结构单元粒度小，对互连资源的需求大，当前FPGA中互连资源面积占芯片面积约70％左右，互连延迟在50％-60％，同时无法进行有效的功耗管理。然而，FPGA可编程的特性和较低的开发成本，使用户愿意牺牲面积和功耗而采用FPGA。FPGA的供应商只有少数几家公司，如Xilinx、Altera、Lattice、Actel、Atmel等，这些公司通过大量专利垄断了FPGA的研究和发展。

随着集成电路工艺进入45nm以后，新应用不断兴起，如云计算、3D图像处理、4G通信等，用户对设计效率、速度和功耗有了更高的需求，FPGA的研究也在不断探索新的结构和实现方式，以解决设计效率、速度、面积和功耗管理的不足。从FPGA厂商Xilinx和Altera公司的产品也可以得知，FPGA结构在向着多元化发展，其单元向更大粒度的结构演变。

在学术界，国内外对FPGA结构的研究不是很多，国外有Cornell大学、多伦多大学，东京大学，南卡罗来纳大学，Ryerson University，Federal Institute of Technology，University of New South Wales等，国内有复旦大学、西安电子科技大学等。已公开的研究资料显示，针对FPGA结构的研究主要集中可编程逻辑单元和互连结构，通过提高局部连接速度、优化电路结构以及嵌入加速单元的方式提高性能，属于对现行FPGA结构的改进。针对新型FPGA结构的研究很少。

研究新型FPGA的阵列结构，适应工艺技术的进步、满足新应用的需求，具有重要的学术意义和应用价值。新型FPGA结构的研究与发展主要体现在如下两个方向：

1、新工艺、新器件的研究，如替代SRAM编程实现方式，采用3D集成器件，从而提升FPGA性能；

2、较大功能粒度的可编程逻辑单元及其阵列的研究，取代基于LUT的可编程逻辑单元阵列(当前的FPGA结构)，从而提升性能和设计效率。

本专利为发明人在上述第二个研究方向上开展研究的基础上，提出的用一种粒度更大且功能可配置的单元“可重构算子”替代FPGA中LUT可编程逻辑单元，从而获得一种新型的FPGA结构，在设计效率和功耗管理上有所进步，满足信号处理、媒体处理、通信基带处理等数据流应用算法的需求。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种能够通过反复编程实现不同应用的可重构算子阵列结构，在特定应用领域替代FPGA。

为实现上述目的，本发明提供一种可重构算子阵列结构，该结构的逻辑资源由多种可重构算子组成。所述可重构算子的功能可配置，可分成功能算子和时序算子两种。所述功能算子包含运算类算子、多路选择器算子、控制器算子，功能算子实现组合逻辑；所述时序算子包含寄存器算子、存储器算子，可被时钟网络驱动。

所述运算类算子按照运算类型分成四种，分别为算术类算子、移位类算子、逻辑类算子、dsp(digital signal processing)类算子。四类算子根据不同的配置信息可配置成不同的功能。

所述算术类算子的功能有加法、进位加法、减法、进位减法、有符号数大于比较、有符号数带进位的大于比较、无符号数大于比较、无符号数带进位的大于比较、有符号数小于比较、有符号数带进位的小于比较、无符号数小于比较、无符号数带进位的小于比较、相等比较共十三种。

所述逻辑类算子的功能有按位与、按位或、按位非、按位异或共四种。

所述移位类算子的功能有左移、带移位链输入左移、逻辑右移、带移位链输入逻辑右移、算术右移共五种。

所述dsp类算子的功能有无符号乘法、有符号乘法、多周期无符号乘法、多周期有符号乘法四种。

所述多路选择器算子的功能即根据控制信号进行数据选择，支持两路数据的选择。