FPGA布局算法研究

【摘要】：随着集成电路技术的不断发展，现代FPGA呈现出高速度、高密度、低成本的趋势。FPGA结构的复杂化和芯片规模不断扩大给物理设计带来了新的挑战。布局问题是FPGA物理设计的关键环节，布局质量的好坏直接影响最终电路的性能。本文针对二维和三维岛式FPGA布局问题，从结群、二维布局和三维布局的角度进行了相关算法的研究和探索。 主要工作如下： (1)提出了基于物理信息的结群算法。通过迭代二划分和二次遍历，为逻辑单元提供逻辑物理位置信息。将结群过程根据互连关系，进行二阶段划分，提高了算法的准确性。考虑物理位置信息的结群策略产生更加合理的结群结果，减少了逻辑单元外部平均线网的数量和最终电路的总线长。 (2)提出了岛式FPGA线长驱动快速布局算法。通过定义线网的终端结点，更加准确地描述了线网的权重，提高了基于线长划分准确性，将划分过程与最终优化目标有机地结合在一起。利用逻辑单元与物理单元之间的映射关系，通过合理设计弧流量和费用，建立二维布局的最小费用流图，快速得到比较合理的初始布局结果。利用低温模块退火，快速优化初始布局结果，形成最后的布局方案。该算法可以减小初始布局总线长24.5%，减少最终布局运行时间33.6%。 (3)提出了力引导线长驱动三维FPGA布局算法。算法改变了传统的三维布局问题的求解流程，将层划分调整到全局布局阶段之后。对二维解析布局算法进行三维化改造，将力引导算法成功应用到三维空间。为了提高层划分的质量，通过力引导的二维全局布局算法快速形成模块间的相对物理位置关系，利用合法化和空间填充曲线，进行层划分并生成三维初始布局。通过低温模块退火进行布局结果的优化。通过调整模拟退火的交换策略和关键参数，缩小了模拟退火的解空间，提高了算法的效率。该算法可以缩短最终电路的总线长7.38%。 本文为现代FPGA的物理设计，提供了以总线长为优化目标，从结群到布局的优化算法。