[发明专利]模块化I/O库结构

说明书

相关申请的交叉参考

本申请是于2006年1月19日提交的、题为“Modular I/O Bank Architecture”的美国专利申请No.11/337,046的部分继续，出于各种目的，其在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及可编程器件的领域，以及用于对所述可编程器件进行编程的系统和方法。诸如FPGA的可编程器件典型地包括使用逻辑门的组合和/或查找表来执行逻辑操作的数以千计的逻辑单元。可编程器件还包括具有适用于特定逻辑操作的专用逻辑设备的多个功能块，例如，加法器、乘法和累加电路、锁相环以及一个或多个嵌入式存储器阵列块。逻辑单元和功能块与可配置开关电路互连。可配置开关电路有选择地路由逻辑单元和功能块之间的连接。通过配置逻辑单元、功能块和开关电路的组合，可编程器件实际上可适用于执行任何类型的信息处理功能。

背景技术

可编程器件包括一个或多个输入/输出(I/O)库，用于与外部设备(例如，存储器设备、网络接口、数据总线和数据总线控制器、微处理器、其它可编程器件、ASIC或任何其它类型的电子设备)通信。每个I/O库与可编程器件芯片封装中的多个传导I/O管脚、焊球或其它电子连接器相连。I/O库包括逻辑电路，用于发送和接收数据信号、控制信号、时钟信号、电源和接地信号或任何其它类型的与可编程器件和外部设备之间通信结合使用的信号。

可编程器件的I/O库包括逻辑电路、放大器、滤波器和其它电路，其可以共同被配置为在可编程器件和外部设备之间提供一个或多个标准接口。此外，如果特定应用需要，则可编程器件的I/O库可配置为提供定制或专用接口。

典型地，各种各样的不同可编程器件被设计作为可编程器件族的一部分。在器件族中的可编程器件典型地具有类似的结构，但是它们在芯片封装的尺寸和类型、I/O管脚的数量、逻辑单元的数量、功能块和其它专用逻辑块的数量和类型、和/或其它特性上可能有所不同。

在现有的可编程器件族中，可编程器件结构仅支持固定数量的I/O库。因此，在器件族中的可编程器件对于每个I/O库可具有不同数目的I/O管脚。例如，如果可编程器件结构支持8个I/O库，则对于用于可编程器件的总共160个I/O管脚，在器件族中小的可编程器件对于每个I/O库仅具有20个I/O管脚。相反，对于用于可编程器件的总共560个I/O管脚，在器件族中大的可编程器件对于每个I/O库可具有70个I/O管脚。

对可编程器件结构中的固定数量的I/O库和对于每个I/O库的可变数量的I/O管脚的使用出现了一些问题。首先，大多I/O库仅能配置为一次支持一个接口。随着每个I/O库的I/O管脚的数量的增加，不需要用于所支持的接口的任何I/O管脚都被剩下没有使用。一个或多个I/O库中的未使用I/O管脚不能被集合来支持另外的接口。因此，随着每个I/O库的I/O管脚增加，所使用的I/O管脚的百分比减小。这经常使得设计者使用具有甚至更多的I/O管脚的可编程器件来保证有足够的I/O管脚可用来支持想要的接口，这进一步增加了实施该设计的成本。此外，这些I/O管脚利用上的局限限制了设计者在电路板布局上的灵活性。

垂直移植是从使用固定数量的I/O库和对每个库的可变数量的I/O管脚的现有可编程器件结构中产生的另一个问题。经常，设计者会在器件族中为特定尺寸可编程器件开发一个原始设计。随后对设计的修改或改善会需要其它的可编程器件资源。设计者愿意能够使用在相同器件族中的大尺寸可编程器件来实施修改设计而基本上不需要重新进行设计和测试的成本。

然而，具有固定数量的I/O库和对于每个库的可变数量的I/O管脚的现有可编程器件结构通常需要确实的重新设计来用于垂直移植。例如，因为每个I/O库的I/O管脚的数量通常对于较大的器件会增加，较大器件的I/O可能不支持与较小器件中的相应I/O库相同的I/O管脚分配。因此，设计者必需重新设计器件以及相关联的电路板来解决这些差异。

噪音、时钟脉冲相位差和信号反射是由固定数量的I/O库和时每个库的可变数量的I/O管脚的使用而导致的垂直移植中出现的其它问题。随着每个I/O库的管脚数量的增加，与I/O管脚相关联的有源开关和其它部件的总数量增加，从而增加引入的噪音和信号反射的总量。类似地，具有更多I/O管脚的I/O库将比较小的I/O库具有更多数量的时钟脉冲相位差。因此，当设计从较小可编程器件移动到较大可编程器件时，设计者必需致力于克服由于使用具有额外I/O管脚的I/O库而引入的额外的噪音、信号反射和时钟脉冲相位差。