FPGA中開關矩陣的研究

胡　凱，謝　達，劉　彤，張艷飛，單悅爾

（中國電子科技集團公司第58研究所，江蘇無錫 214072）

FPGA中開關矩陣的研究

胡凱，謝達，劉彤，張艷飛，單悅爾

（中國電子科技集團公司第58研究所，江蘇無錫 214072）

開關矩陣是現場可編程門陣列FPGA芯片中最重要的組成部分之一。通過對FPGA中開關矩陣進行分析和研究，介紹了開關矩陣的布局和繞線方式，建立了開關矩陣的基本模型，對開關矩陣模型進行了仿真、分析和優化。重點分析了開關矩陣速度與各參數因子之間的關系，結果表明優化后的開關矩陣具有很好的性能。

FPGA；開關矩陣；布線；延時

1　引言

現場可編程門陣列FPGA是一種半定制電路，具有開發周期短、成本低、風險小、集成度高、靈活性大以及便于電子系統維護和升級的優點，FPGA是數字集成電路的主流芯片，被廣泛應用在通信、控制、視頻、信息處理、消費電子、互聯網、汽車以及航空航天等諸多領域[1]。

開關矩陣Switch matrix(簡稱SW)和繞線資源是FPGA結構中最基本、最核心的邏輯部件，具有層次化布局和布線架構的FPGA設計已經成為可編程邏輯器件設計的熱點，擁有最佳的面積和延時性能[2～3]。開關矩陣是連接CLB、DSP、BRAM、IO、CLK、MAC、 PCIE、GTP等各個模塊之間的互連樞紐，由大量的MUX開關、配置SRAM以及互連線構成，遍布于FPGA芯片各個部位，開關矩陣的速度、功耗和面積決定著整個芯片的性能[4～5]。本文對開關矩陣進行了分析和研究，首先介紹了FPGA中開關矩陣的布局布線，分析了繞線資源的類型和命名方式，并建立了開關矩陣的基本模型，對開關矩陣模型進行了仿真、分析和優化，并詳細闡述了優化過程和結果。……