【摘要】：現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA,Field Programmable Gate Array)是一種可編程邏輯器件(PLD,Programmable Logic Device),具有用戶現(xiàn)場(chǎng)可編程、高集成度、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)三十多年的高速發(fā)展,FPGA芯片從冷門(mén)器件逐步發(fā)展為成為最為重要的可編程器件類型,在計(jì)算機(jī)硬件、汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)等諸多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。反熔絲FPGA是FPGA芯片中獨(dú)特的一種,以反熔絲為基本編程結(jié)構(gòu),是一次性可編程器件。由于反熔絲編程后狀態(tài)不可翻轉(zhuǎn),具有很強(qiáng)的抗輻照能力,因此反熔絲FPGA特備適用于航天航空等領(lǐng)域。我國(guó)反熔絲FPGA產(chǎn)業(yè)薄弱,很多關(guān)鍵性的技術(shù)問(wèn)題有待研究。布線資源是反熔絲FPGA的重要組成部分,是實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)互聯(lián)的基礎(chǔ),對(duì)反熔絲芯片的編程速度和工作性能有很大影響。基于上述背景,本文針對(duì)反熔絲FPGA的布線資源做了大量的研究,研究?jī)?nèi)容主要有以下幾個(gè)方面。首先研究反熔絲FPGA的基本原理,結(jié)合制造工藝,將布線資源劃分為水平布線和垂直布線兩種,進(jìn)一步組合成為水平通道和垂直通道,最后使用布線通道構(gòu)建布線資源的架構(gòu)。不同的電路子模塊對(duì)布線的要求不同,將布線資源劃分為多種類型更能滿足電路設(shè)計(jì)需求。據(jù)此,布線資源被劃分為五種,分別是垂直通道長(zhǎng)線、水平通道長(zhǎng)線、水平布線、邏輯模塊輸入布線和邏輯模塊輸出布線。除了水平布線主要用于布線互聯(lián),其他四種布線資源都和邏輯模塊直接相關(guān),可見(jiàn)布線資源的設(shè)計(jì)中心是邏輯模塊。除了互聯(lián)功能,布線資源在編程測(cè)試過(guò)程中也發(fā)揮重要作用。本文中還設(shè)計(jì)了多種布線資源的輔助電路模塊,完善了布線資源的結(jié)構(gòu),改進(jìn)了布線資源性能。反熔絲位于布線資源中,反熔絲的編程通路由布線資源構(gòu)成理所當(dāng)然。不同類型的反熔絲構(gòu)建獨(dú)特的編程通路,獨(dú)特的編程通路既能順利完成編程過(guò)程,又能避免誤編程的出現(xiàn)。另外還分析布線資源對(duì)FPGA編程順序的影響,設(shè)計(jì)出合理的編程順序。最后一章介紹了布線資源在芯片編程前測(cè)試中的使用情況。還將一個(gè)功能為移位寄存器的設(shè)計(jì)配置到芯片中,通過(guò)反熔絲FPGA的開(kāi)發(fā)軟件對(duì)各類布線資源的使用做出詳細(xì)的分析。
[Abstract]:Field Programmable Gate Array (FPGA,Field Programmable Gate Array) is a kind of programmable logic device (PLD,Programmable Logic Device),). PLD,Programmable Logic Device), has the advantages of user field programmable, high integration, high reliability and so on. After more than 30 years of rapid development, FPGA chip has gradually developed from cold-door device to the most important type of programmable device. It has been widely used in many fields such as computer hardware, automotive electronics, Internet of things and so on. Anti-fuse FPGA is a unique type of FPGA chip. It is a one-off programmable device with anti-fuse as the basic programming structure. Because the state of anti-fuse can not be turned over after programming, it has strong anti-irradiation ability, so anti-fuse FPGA is suitable for aerospace and other fields. China's anti-fuse FPGA industry is weak, and many key technical problems need to be studied. Wiring resource is an important part of anti-fuse FPGA, which is the basis of interconnecting the internal structure of the chip. It has great influence on the programming speed and working performance of the anti-fuse chip. Based on the above background, this paper has done a lot of research on the anti-fuse FPGA routing resources, the main research contents are as follows. Firstly, the basic principle of anti-fuse FPGA is studied. Combining with manufacturing process, the routing resources are divided into horizontal routing and vertical routing, which are further combined into horizontal and vertical channels. Finally, routing channels are used to construct the architecture of routing resources. Different circuit sub-modules have different requirements for wiring, so it is better to divide the wiring resources into different types to meet the needs of circuit design. According to this, the routing resources are divided into five types: vertical channel long line, horizontal routing, logical module input routing and logic module output routing. In addition to horizontal routing mainly used in wiring interconnection, the other four routing resources are directly related to logical modules. It can be seen that the design center of routing resources is logic modules. In addition to interconnection, wiring resources also play an important role in programming testing. In this paper, the auxiliary circuit modules of various wiring resources are designed, the structure of the wiring resources is improved, and the performance of the wiring resources is improved. The anti-fuse is located in the wiring resource, and the programming path of the anti-fuse is made up of the wiring resource. Different types of anti-fusing wires construct unique programming paths, which can not only successfully complete the programming process, but also avoid the appearance of false programming. In addition, the influence of wiring resources on FPGA programming order is analyzed, and a reasonable programming sequence is designed. In the last chapter, the usage of wiring resource in the test of chip programming is introduced. A function of shift register is also configured into the chip, and the use of all kinds of wiring resources is analyzed in detail by the development software of anti-fuse FPGA.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN791

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本文編號(hào)：2241451