[发明专利]配置逻辑器件阵列的方法和系统

说明书

技术领域

本发明总的涉及可编程逻辑器件，更具体地涉及现场可编程门阵列(FPGA)的配置。

背景技术

在集成电路技术的早期，诸如移位寄存器、多路转换器、加法器等的逻辑电路是由数字集成电路构成的。这些小规模集成(SSI)电路通常含有数目较少(例如四至八个)的逻辑门，如“与”门、“或”门、触发电路和锁存器等，需要几十个晶体管。随着技术的发展，能够将越来越多的晶体管装入到IC电路中。目前，半导体制造商能够将数百万个晶体管装在单个晶片上，从而形成高度复杂的芯片，如现代微处理器。

装有这些VLSI(特大规模集成)和ULSI(超大规模集成)芯片的系统同样是复杂的。这种系统通常采用若干个常规逻辑芯片提供各种各样的支撑逻辑功能。已研制出允许制造商快速地实现客户的逻辑设计的门阵列。这些器件是由利用标准方法制造的逻辑门阵列组成的。器件的定制是在最后几步制造步骤中发生的，在这几步中形成与逻辑门连接的金属层以实现所需的逻辑功能。

这些门阵列演变为可编程的器件，给仅需要少量器件或者还未完全开发逻辑设计但是需要少量样品作测试的设计人员提供了更大的灵活性。另一种可编程逻辑器件采用熔断器提供器件中逻辑门之间的互连。熔断器被熔断便断开连接，或者在所谓的抗熔断器的情况中形成连接。因此，这种器件只能使用一次，仅存储一组逻辑功能。

可编程逻辑器件的继续发展已经导致可重新编程的互连关系的发展，更重要的是可配置的逻辑单元的发展。顾名思义，可配置逻辑单元允许设计人员能够对逻辑单元进行编程，使其具有许多基本逻辑门中任何一个门的功能或者更高级的逻辑功能。当前的制造技术使得生产具有数以千计个可配置逻辑单元及其相关互连的高密度器件，即称为现场可编程门阵列(FPGA)成为可能。提供这种高密度器件的能力使得设计人员能够采用越来越复杂的逻辑功能。象以前的产品一样，FPGA包括可编程的互连关系。此外，互连关系是可重复编程的，进一步增大了FPGA的利用价值。

然而，以往对这些可重复编程FPGA的重新配置通常需要对整个器件进行重新配置。Atmel公司(本发明的受让人)制造的FPGA代表了这种器件向前又迈进了一步。将这种器件称为可动态重新配置的FPGA，允许仅对所选的一部分逻辑阵列进行重新配置。用这种方法能够对FPGA作出变化，不必对整个器件进行编程，从而允许仅对所选的一部分阵列进行重新配置。

参考图1，典型的FPGA 100包括多个可配置的逻辑单元130、可配置的I/O块110和可配置的互连关系120、122，共同称之为FPGA资源。尽管互连关系120、122是以各个互连线网格示出的，但是每条“线”实际上是一组互连线，例如，如图3B所示。每个逻辑单元130和I/O块110包括数据线140、142，它们能够有选择地耦合到互连关系120、122上。

典型设计周期从设计一个或多个然后将在FPGA中实现的逻辑电路开始。逻辑设计包括逻辑门和这些逻辑门之间的互连关系。然而，特定的设计，如数字滤波器利用“常数”，即1和0的串来限定其特性。为了描述本发明，把这种常数称为设计的一部分，也可以称为逻辑门。

例如，图2示出一种简单的逻辑设计。逻辑设计中的每个元件用一个实例名来识别。因此，图2中的与门和或门取名为G1-G3。图3A示出逻辑设计是如何在FPGA 100’中出现的。将图2中所示的门G1-G3中的每一个门和互连关系映射到图3A中所示的所选逻辑单元和互连关系上。同样，将输入A-D和输出OUT(图2)映射到所选I/O块。因此，互连关系120a-120c和122a-122c(以较淡的线表示)与逻辑单元G1-G3和I/O块110a-110e连接在一起。图3B示出了图3A配置中一部分放大图。说明不同逻辑单元、互连关系和I/O块之间的具体互连情况。尽管在该图中的设计并未示出常数的使用，但是，众所周知，能够将现代FPGA中逻辑单元构造为输出逻辑“1”或逻辑“0”，能够根据需要如此构造一组逻辑单元，产生一个或多个1和0的串。

现在将说明把图2的设计转换到如图3A中所示的FPGA的步骤。由于绝大多数的目前设计在功能上趋向于相当复杂，通常采用计算机辅助设计(CAD)工具以便于设计过程。因此，在图4中，设计流程图200从输入逻辑电路初始设计，即步骤210开始，例如通过利用CAD工具。