專(zhuān)利名稱(chēng)：可編程邏輯器件的對(duì)稱(chēng)型連線(xiàn)通道的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常與可編程邏輯器件(Programmable Logic Device，簡(jiǎn)稱(chēng)PLD)相關(guān)，尤其與可編程邏輯器件的連線(xiàn)通道以及連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)相關(guān)。
背景技術(shù)：
由于具有編程性，可編程邏輯器件運(yùn)用起來(lái)非常靈活，這使其成為一種廣泛應(yīng)用的集成電路?？删幊踢壿嬈骷◤?fù)雜可編程邏輯器件(Complex Programmable Logic Device，簡(jiǎn)稱(chēng)CPLD)和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(Field Programmable Gate Array，簡(jiǎn)稱(chēng)FPGA)等。從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，可編程邏輯器件包含邏輯功能塊、連線(xiàn)資源以及輸入輸出單元等三大部分，邏輯功能塊實(shí)現(xiàn)具體的邏輯功能；輸入輸出單元實(shí)現(xiàn)電路與外界的接口；連線(xiàn)資源實(shí)現(xiàn)電路各部分之間的連接。通常，輸入輸出單元分布在器件的四周，邏輯功能塊被排列成規(guī)則的陣列形狀，而連線(xiàn)資源則以行、列的形式安排在邏輯功能塊陣列之間，如圖1所示。
與專(zhuān)用集成電路(ASIC)不同，可編程邏輯器件中的連線(xiàn)資源一般來(lái)說(shuō)是“過(guò)于充足”，或者說(shuō)是冗余的。這是因?yàn)閷?zhuān)用集成電路要實(shí)現(xiàn)的邏輯功能是確定的，從而其連線(xiàn)結(jié)構(gòu)和連線(xiàn)資源也是固定的；可編程邏輯器件可根據(jù)用戶(hù)需要任意修改其實(shí)現(xiàn)的邏輯功能，而不同的邏輯電路具有各自不同的連線(xiàn)資源需求，所以為了實(shí)現(xiàn)盡可能多的電路結(jié)構(gòu)，可編程邏輯器件通常需要(比專(zhuān)用集成電路)更多的連線(xiàn)資源。
可編程邏輯器件的連線(xiàn)資源可分為兩個(gè)部分連線(xiàn)通道和連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)等，其中連線(xiàn)通道又分為水平方向連線(xiàn)通道和垂直方向連線(xiàn)通道，每個(gè)連線(xiàn)通道包含許多的連線(xiàn)單元線(xiàn)段。由于邏輯功能塊之間的連接是通過(guò)連線(xiàn)通道中的連線(xiàn)單元線(xiàn)段來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以連線(xiàn)通道的延時(shí)特性會(huì)影響系統(tǒng)的整體性能。連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)是水平方向連線(xiàn)通道和垂直方向連線(xiàn)通道的交叉連接點(diǎn)，其作用是將不同方向連線(xiàn)通道中的連線(xiàn)單元線(xiàn)段連接起來(lái)以構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的連線(xiàn)通道網(wǎng)絡(luò)。連線(xiàn)單元線(xiàn)段之間的連接通常需要用到三態(tài)緩沖器和傳輸管等器件，也就是說(shuō)，連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)會(huì)占用一些芯片面積，所以，其結(jié)構(gòu)將會(huì)影響可編程器件的面積特性。
針對(duì)可編程邏輯器件的連線(xiàn)通道以及連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)方面，前人已經(jīng)開(kāi)展了一些研究工作。在文獻(xiàn)中，V.Betz和J.Rose討論了連線(xiàn)單元線(xiàn)段的長(zhǎng)度對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列的延時(shí)特性的影響，以及作為連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)的三態(tài)緩沖器與傳輸管的比例對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列的面積特性(集成度)的影響等問(wèn)題。雖然傳輸管比三態(tài)緩沖器實(shí)現(xiàn)面積小得多，但其缺陷也是很明顯的驅(qū)動(dòng)能力弱以及靜態(tài)功耗大，所以它不可能完全替代三態(tài)緩沖器。由于其信號(hào)傳遞的單向性，連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)中的三態(tài)緩沖器通常成對(duì)出現(xiàn)以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的雙向傳輸，這就進(jìn)一步增大了芯片實(shí)現(xiàn)面積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于現(xiàn)有技術(shù)的這種缺陷情況，提出一種新的連線(xiàn)通道和連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，以使得器件的連線(xiàn)資源得到盡量充分的利用，從而減少器件所需的連線(xiàn)資源總量，以達(dá)到減小可編程邏輯器件連線(xiàn)資源冗余的目的。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種可編程邏輯器件的對(duì)稱(chēng)型連線(xiàn)通道，包括互補(bǔ)型交叉開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，其在水平方向連線(xiàn)通道內(nèi)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，將其等分為上、下兩部分，該上、下兩部分相對(duì)于水平方向連線(xiàn)通道的中心線(xiàn)是對(duì)稱(chēng)的；垂直方向的連線(xiàn)通道內(nèi)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，與水平方向連線(xiàn)通道內(nèi)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，具有完全一致的結(jié)構(gòu)，將水平方向連線(xiàn)通道內(nèi)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)90度，再以其中心線(xiàn)為軸線(xiàn)翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，即得到了垂直方向的連線(xiàn)通道；
以邏輯功能塊的寬度作為長(zhǎng)度單位，連線(xiàn)單元線(xiàn)段具有至少兩種不同的長(zhǎng)度，不同長(zhǎng)度的單元線(xiàn)段在連線(xiàn)通道中各占一定的數(shù)量，長(zhǎng)度小的連線(xiàn)單元線(xiàn)段用來(lái)連接近鄰的邏輯功能塊，長(zhǎng)度大的連線(xiàn)單元線(xiàn)段連接相距較遠(yuǎn)的邏輯功能塊；在一個(gè)連線(xiàn)通道內(nèi)，連線(xiàn)單元線(xiàn)段的布置不從同一起始位置開(kāi)始設(shè)每個(gè)連線(xiàn)通道包含W條連線(xiàn)單元線(xiàn)段，連線(xiàn)單元線(xiàn)段的長(zhǎng)度分別為2s和4s，二者各占1/2W條，長(zhǎng)度為2s的1/2W條連線(xiàn)單元線(xiàn)段，其中1/4W條連線(xiàn)單元線(xiàn)段從位置0開(kāi)始布置，另外1/4W條則從位置1開(kāi)始；長(zhǎng)度為4s的連線(xiàn)單元線(xiàn)段中，有1/8W條從位置0開(kāi)始，1/8W條從位置1開(kāi)始，1/8W條從位置2開(kāi)始，另外1/8W條從位置3開(kāi)始；其結(jié)果是，對(duì)于連線(xiàn)通道中每個(gè)位置點(diǎn)來(lái)說(shuō)，其連線(xiàn)資源的構(gòu)成都是完全相同的；其中，W為每個(gè)通道的連線(xiàn)單元數(shù)，s為邏輯功能塊的寬度。
所述的可編程邏輯器件的對(duì)稱(chēng)型連線(xiàn)通道，其編號(hào)規(guī)則為在水平方向連線(xiàn)通道內(nèi)，連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)從下往上排列，最下面的連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)為0，其次為1...最上面的連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)為W-1；在垂直方向的連線(xiàn)通道內(nèi)，連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)從左往右排列，最左邊的連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)為0，其次為1...最右邊的連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)為W-1；對(duì)于寬度為W的連線(xiàn)通道，其中任一條連線(xiàn)單元線(xiàn)段，假設(shè)其編號(hào)為I，那么我們稱(chēng)另外一條編號(hào)為(W-1-I)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段是與其互補(bǔ)的，其中，W為每個(gè)通道的連線(xiàn)單元數(shù)；連線(xiàn)單元線(xiàn)段的相互連接只發(fā)生在連線(xiàn)單元線(xiàn)段的終端，每一個(gè)連線(xiàn)單元線(xiàn)段在其一個(gè)終端連接最多三條與它本身具有相同或是互補(bǔ)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)，同時(shí)與它具有相同的終端位置的連線(xiàn)單元線(xiàn)段。
所述的可編程邏輯器件的對(duì)稱(chēng)型連線(xiàn)通道，其所述互補(bǔ)型交叉開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，是將連線(xiàn)通道內(nèi)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段等分為兩部分，每部分連線(xiàn)單元線(xiàn)段具有相同并且固定的信號(hào)傳輸方向?qū)τ谒椒较虻倪B線(xiàn)通道，從左到右的方向?yàn)檎较?，從右到左為反方向；?duì)于垂直方向的連線(xiàn)通道，從下到上的方向?yàn)檎较颍瑥纳系较聻榉捶较?；則在連線(xiàn)通道中連接交叉開(kāi)關(guān)處用單個(gè)緩沖器替代雙向緩沖器，使連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)所需要的晶體管數(shù)目減少一半，從而使得可編程邏輯器件具有較好的面積特性。
所述的可編程邏輯器件的對(duì)稱(chēng)型連線(xiàn)通道，其在連線(xiàn)通道內(nèi)有W條連線(xiàn)單元線(xiàn)段，從長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)，其中有1/2W條連線(xiàn)單元線(xiàn)段長(zhǎng)度為2s，另外1/2W條長(zhǎng)度為4s；從信號(hào)傳輸方向來(lái)說(shuō)，一個(gè)連線(xiàn)通道中有1/2W條連線(xiàn)單元線(xiàn)段的信號(hào)傳遞方向?yàn)檎较?，另?/2W條為反方向；在水平方向連線(xiàn)通道內(nèi)的W條連線(xiàn)單元線(xiàn)段中，編號(hào)為0到(1/4W-1)的線(xiàn)段是長(zhǎng)度為4s的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，他們以1/16W條為一組，依次遞增一個(gè)單位坐標(biāo)起始位置；編號(hào)(1/4W)到(1/2W-1)是長(zhǎng)度為2s的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，它們被等分為兩部分，分別從坐標(biāo)0和坐標(biāo)1位置起始，根據(jù)對(duì)稱(chēng)性，得出編號(hào)為1/2W到(W-1)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段的具體布局情況。
所述的可編程邏輯器件的對(duì)稱(chēng)型連線(xiàn)通道，其所有的水平方向連線(xiàn)通道具有類(lèi)似的連線(xiàn)單元線(xiàn)段布局結(jié)構(gòu)，其差別在于連線(xiàn)單元線(xiàn)段的起始位置不同；在第0個(gè)水平方向連線(xiàn)通道的布局結(jié)構(gòu)中，在其所有W條連線(xiàn)單元線(xiàn)段的起始位置基礎(chǔ)上加一個(gè)坐標(biāo)單位即得到第1個(gè)連線(xiàn)通道的布局結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于將第0個(gè)連線(xiàn)通道整體向右平移一個(gè)單位，左邊空出的位置根據(jù)相應(yīng)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段長(zhǎng)度補(bǔ)齊，右邊溢出的部分截?cái)嗉纯?；同理可得到?個(gè)和第3個(gè)連線(xiàn)通道的布局結(jié)構(gòu)；第4個(gè)連線(xiàn)通道的結(jié)構(gòu)和第0個(gè)連線(xiàn)通道完全一樣，第5個(gè)連線(xiàn)通道的結(jié)構(gòu)和第1個(gè)連線(xiàn)通道完全一致，即連線(xiàn)通道布局結(jié)構(gòu)以4為周期重復(fù)；垂直方向的連線(xiàn)通道與水平方向連線(xiàn)通道具有完全一致的結(jié)構(gòu)，即對(duì)于垂直方向的第0個(gè)連線(xiàn)通道，其連線(xiàn)單元線(xiàn)段的安排與水平方向第0個(gè)連線(xiàn)通道是一樣的，區(qū)別是二者延伸的方向不同。
所述的可編程邏輯器件的對(duì)稱(chēng)型連線(xiàn)通道，其所述各條連線(xiàn)單元線(xiàn)段之間的具體連接關(guān)系，是連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)左邊的連線(xiàn)通道中，其編號(hào)為J的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，連接到連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)右邊、上邊和下邊的連線(xiàn)單元線(xiàn)段的編號(hào)分別為J、J和(W-1-J)，其中，W為每個(gè)通道的連線(xiàn)單元數(shù)。
本發(fā)明包含以下方面的內(nèi)容1)嚴(yán)格對(duì)稱(chēng)的連線(xiàn)通道結(jié)構(gòu)，其中各連線(xiàn)單元線(xiàn)段中的信號(hào)具有固定的傳輸方向。
2)完全一致的水平方向連線(xiàn)通道和垂直方向連線(xiàn)通道。
3)具有單向緩沖器和特定連接關(guān)系的連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明通過(guò)采用特定的連線(xiàn)單元線(xiàn)段布局結(jié)構(gòu)以及連線(xiàn)通道交叉點(diǎn)處獨(dú)特的連接關(guān)系，降低可編程邏輯器件連線(xiàn)通道的延時(shí)，并減少連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)面積，從而提高器件的延時(shí)特性和面積特性(即集成度)。


圖1代表可編程邏輯器件的基本結(jié)構(gòu)及其組成示意圖；圖2為本發(fā)明一個(gè)水平方向連線(xiàn)通道中的連線(xiàn)單元線(xiàn)段起始位置的分布情況；圖3為本發(fā)明一個(gè)水平方向連線(xiàn)通道的連線(xiàn)單元線(xiàn)段布局結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)的連接關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式
連線(xiàn)單元線(xiàn)段實(shí)現(xiàn)邏輯功能塊之間的連接，其長(zhǎng)度大小對(duì)于系統(tǒng)的延時(shí)特性有很大的影響若連線(xiàn)通道完全是由很長(zhǎng)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段構(gòu)成，則相鄰的邏輯功能塊之間的連接會(huì)造成連線(xiàn)資源的浪費(fèi)，從而增大可編程邏輯器件的實(shí)現(xiàn)面積；若都是由很短的連線(xiàn)單元線(xiàn)段構(gòu)成，則相距較遠(yuǎn)的邏輯功能塊之間的連接需要較多的連線(xiàn)單元線(xiàn)段通過(guò)連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)連接而成，這樣一方面會(huì)惡化系統(tǒng)的延時(shí)特性，另一方面又會(huì)因?yàn)檫B接緩沖器的增多而增加可編程邏輯器件的實(shí)現(xiàn)面積。所以，連線(xiàn)通道內(nèi)應(yīng)當(dāng)有一部分較長(zhǎng)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，用來(lái)實(shí)現(xiàn)相距較遠(yuǎn)的邏輯功能塊之間的連接，同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)有一部分較短的連線(xiàn)單元線(xiàn)段用來(lái)實(shí)現(xiàn)相鄰或是相距較近的邏輯功能塊之間的連接。
本發(fā)明中約定以邏輯功能塊的寬度作為長(zhǎng)度單位。我們?cè)O(shè)計(jì)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段具有兩種不同的長(zhǎng)度，二者在連線(xiàn)通道中各占一定的數(shù)量。長(zhǎng)度較小的連線(xiàn)單元線(xiàn)段用來(lái)連接近鄰的邏輯功能塊，長(zhǎng)度較大的連線(xiàn)單元線(xiàn)段用來(lái)實(shí)現(xiàn)相距較遠(yuǎn)的邏輯功能塊之間的連接，這樣既可以減少連線(xiàn)資源的浪費(fèi)，同時(shí)也有助于改善系統(tǒng)的延時(shí)特性。下面為了敘述方便并不失一般性，我們假定每個(gè)連線(xiàn)通道包含32條連線(xiàn)單元線(xiàn)段，連線(xiàn)單元線(xiàn)段的長(zhǎng)度分別為2和4，二者各占一半，即長(zhǎng)度為2的連線(xiàn)單元線(xiàn)段為16條，長(zhǎng)度為4的連線(xiàn)單元線(xiàn)段有16條。
連線(xiàn)單元線(xiàn)段(在一個(gè)連線(xiàn)通道內(nèi))的起始位置分布對(duì)于可編程邏輯器件的布局布線(xiàn)非常關(guān)鍵，考慮到其應(yīng)用的廣泛性，包含連線(xiàn)通道結(jié)構(gòu)在內(nèi)的可編程邏輯器件設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)處處體現(xiàn)均衡性。為了充分利用連線(xiàn)資源，合理安排連線(xiàn)單元線(xiàn)段的起始位置非常重要。在一個(gè)連線(xiàn)通道內(nèi)，連線(xiàn)單元線(xiàn)段的布置不是從同一起始位置開(kāi)始，即使對(duì)于具有相同長(zhǎng)度的連線(xiàn)單元線(xiàn)段也是如此。對(duì)于長(zhǎng)度為2的16條連線(xiàn)單元線(xiàn)段，我們讓8條連線(xiàn)單元線(xiàn)段(占其總數(shù)的一半)從位置0開(kāi)始布置，另外8條則從位置1開(kāi)始；長(zhǎng)度為4的連線(xiàn)單元線(xiàn)段中，有4條(占其總數(shù)16條的四分之一)從位置0開(kāi)始，4條從位置1開(kāi)始，4條從位置2開(kāi)始，另外4條從位置3開(kāi)始，如圖2所示(此圖僅只是為了表示連線(xiàn)單元線(xiàn)段具有不同的起始位置，并不代表連線(xiàn)通道的真實(shí)結(jié)構(gòu))。這樣布置的結(jié)果是，對(duì)于連線(xiàn)通道中每個(gè)位置點(diǎn)來(lái)說(shuō)，其連線(xiàn)資源的構(gòu)成都是完全相同的。
連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)的作用是用來(lái)實(shí)現(xiàn)連線(xiàn)單元線(xiàn)段之間的復(fù)接以形成較長(zhǎng)的信號(hào)傳輸線(xiàn)，或是改變信號(hào)的傳輸方向，從而構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的連線(xiàn)通道網(wǎng)絡(luò)。由于在具體實(shí)現(xiàn)一個(gè)邏輯電路以前，我們不能確定任一條連線(xiàn)單元線(xiàn)段上的數(shù)據(jù)信號(hào)傳遞方向，所以連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)處的緩沖器通常是成對(duì)出現(xiàn)的(以構(gòu)成雙向緩沖器)，這無(wú)疑需要占用一些芯片面積?？紤]到可編程邏輯器件在實(shí)現(xiàn)一個(gè)具體的電路時(shí)，無(wú)論連接開(kāi)關(guān)的緩沖器是單向的，還是雙向的，它最終都只是往一個(gè)方向傳輸信號(hào)，也就是說(shuō)，任意一條連線(xiàn)單元線(xiàn)段上的信號(hào)流向都是固定的；而且從統(tǒng)計(jì)角度來(lái)說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)的電路越大，一個(gè)連線(xiàn)通道內(nèi)往正、反兩個(gè)方向傳輸信號(hào)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段數(shù)目越接近。所以我們可以將連線(xiàn)通道內(nèi)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段等分為兩部分，每部分連線(xiàn)單元線(xiàn)段具有相同并且固定的信號(hào)傳輸方向，兩部分連線(xiàn)單元線(xiàn)段之間的信號(hào)傳輸方向則正好相反。如此設(shè)計(jì)并不需要增加連線(xiàn)單元線(xiàn)段的數(shù)量，但卻可以在連線(xiàn)通道連接開(kāi)關(guān)處用單個(gè)緩沖器替代雙向緩沖器。這樣，就使得實(shí)現(xiàn)連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)所需要的晶體管數(shù)目(與雙向緩沖器實(shí)現(xiàn)方式比較起來(lái))減少一半，從而使得可編程邏輯器件具有較好的面積特性。
下面為了敘述的方便，我們規(guī)定對(duì)于水平方向的連線(xiàn)通道，從左到右的方向?yàn)檎较?，從右到左為反方向；?duì)于垂直方向的連線(xiàn)通道，從下到上的方向?yàn)檎较?，從上到下為反方向。此外，我們引入如下的編?hào)規(guī)則在水平方向連線(xiàn)通道內(nèi)，連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)從下往上排列，最下面的連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)為0，其次為1...最上面的連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)為W-1(假設(shè)每個(gè)通道的連線(xiàn)單元數(shù)為W)。在垂直方向的連線(xiàn)通道內(nèi)，連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)從左往右排列，最左邊的連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)為0，其次為1...最右邊的連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)為W-1。在后面的討論中，我們還會(huì)用到一個(gè)“互補(bǔ)”的概念，它指的是如下的情形對(duì)于寬度為W的連線(xiàn)通道，其中任一條連線(xiàn)單元線(xiàn)段，假設(shè)其編號(hào)為I，那么我們稱(chēng)另外一條編號(hào)為(W-1-I)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段是與其互補(bǔ)的?；パa(bǔ)是一個(gè)對(duì)等的概念，如果(W-1-I)是I的互補(bǔ)，那么I也是(W-1-I)的互補(bǔ)，他們相互是互補(bǔ)的。
由于連線(xiàn)通道中采用了不同長(zhǎng)度的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，在設(shè)計(jì)連線(xiàn)單元線(xiàn)段的布局時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮到連線(xiàn)單元線(xiàn)段之間的連接問(wèn)題。在我們的設(shè)計(jì)中，連線(xiàn)單元線(xiàn)段的連接只發(fā)生在連線(xiàn)單元線(xiàn)段的終端，每一個(gè)連線(xiàn)單元線(xiàn)段在其一個(gè)終端可以連接與它“相對(duì)應(yīng)”的三個(gè)連線(xiàn)單元線(xiàn)段終端。所謂“相對(duì)應(yīng)”指的是所要連接的連線(xiàn)單元線(xiàn)段與它本身具有相同或是互補(bǔ)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)，同時(shí)與它具有相同的終端位置。這就要求水平連線(xiàn)通道和垂直連線(xiàn)通道內(nèi)具有相同編號(hào)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段具有相匹配的起始位置。出于對(duì)稱(chēng)性考慮，本發(fā)明中將垂直方向連線(xiàn)通道設(shè)計(jì)成與水平方向連線(xiàn)通道完全一致，這樣就保證了在適當(dāng)?shù)倪B線(xiàn)通道交叉點(diǎn)連線(xiàn)單元線(xiàn)段能很好地銜接。
我們首先討論一個(gè)水平方向連線(xiàn)通道中的連線(xiàn)單元線(xiàn)段的完整的布局。前面我們已經(jīng)假定了，一個(gè)連線(xiàn)通道內(nèi)有32條連線(xiàn)單元線(xiàn)段，從長(zhǎng)度這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，其中有16條連線(xiàn)單元線(xiàn)段長(zhǎng)度為2，另外16條長(zhǎng)度為4；從信號(hào)傳輸方向角度來(lái)說(shuō)，一個(gè)連線(xiàn)通道中有16條連線(xiàn)單元線(xiàn)段的信號(hào)傳遞方向?yàn)檎较颍硗?6條為反方向。此外，根據(jù)均衡性原則，其起始位置也有其規(guī)律(前文已討論過(guò))。綜合上述約束條件，我們得到了一個(gè)如圖3所示的水平方向連線(xiàn)通道示意圖。圖3中左邊的標(biāo)號(hào)為連線(xiàn)通道內(nèi)連線(xiàn)單元線(xiàn)段的編號(hào)，底部的標(biāo)號(hào)代表連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)位置的坐標(biāo)。對(duì)于水平方向連線(xiàn)通道內(nèi)的32條連線(xiàn)單元線(xiàn)段，我們將其等分為上下兩部分，他們相對(duì)于水平方向連線(xiàn)通道的(水平方向的)中心線(xiàn)是對(duì)稱(chēng)的。從圖3中我們可以看出，編號(hào)為0到7的線(xiàn)段是長(zhǎng)度為4的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，他們以?xún)蓷l為一組，依次遞增一個(gè)單位坐標(biāo)起始位置；編號(hào)8到15是長(zhǎng)度為2的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，它們被等分為兩部分，分別從坐標(biāo)0和坐標(biāo)1位置起始。根據(jù)對(duì)稱(chēng)性，我們可以得出編號(hào)為16到31的連線(xiàn)單元線(xiàn)段的具體布局情況。顯然，這種布局形式具有良好的均衡性并能滿(mǎn)足我們的要求和約束。
所有的水平方向連線(xiàn)通道具有類(lèi)似的連線(xiàn)單元線(xiàn)段布局結(jié)構(gòu)，其差別在于連線(xiàn)單元線(xiàn)段的起始位置不同。比如以圖3為第0個(gè)水平方向連線(xiàn)通道的布局結(jié)構(gòu)圖，那么在其所有32條連線(xiàn)單元線(xiàn)段的起始位置基礎(chǔ)上加一個(gè)坐標(biāo)單位即得到第1個(gè)連線(xiàn)通道的布局結(jié)構(gòu)，這相當(dāng)于將第0個(gè)連線(xiàn)通道整體向右平移一個(gè)單位，左邊空出的位置根據(jù)相應(yīng)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段長(zhǎng)度補(bǔ)齊，右邊溢出的部分截?cái)嗉纯?。同理可得到?個(gè)和第3個(gè)連線(xiàn)通道的布局結(jié)構(gòu)。不難理解，第4個(gè)連線(xiàn)通道的結(jié)構(gòu)和第0個(gè)連線(xiàn)通道完全一樣，第5個(gè)連線(xiàn)通道的結(jié)構(gòu)和第1個(gè)連線(xiàn)通道完全一致，...，也就是說(shuō)，連線(xiàn)通道布局結(jié)構(gòu)以4為周期重復(fù)。這樣，我們就設(shè)計(jì)出了水平方向上所有連線(xiàn)通道的布局結(jié)構(gòu)。
垂直方向的連線(xiàn)通道與水平方向連線(xiàn)通道具有完全一致的結(jié)構(gòu)，如對(duì)于垂直方向的第0個(gè)連線(xiàn)通道，其連線(xiàn)單元線(xiàn)段的安排與水平方向第0個(gè)連線(xiàn)通道是一樣的，唯一的區(qū)別是二者延伸的方向不同。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)于水平方向的第I個(gè)連線(xiàn)通道，我們只需將其按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)90度，再以其中心線(xiàn)為軸線(xiàn)翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，即得到了垂直方向的第I個(gè)連線(xiàn)通道。
每條連線(xiàn)單元線(xiàn)段在一個(gè)連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)位置可能存在與此交叉點(diǎn)另外3個(gè)方向上的3條連線(xiàn)單元線(xiàn)段(每個(gè)方向上各一條)的連接。我們希望信號(hào)可以經(jīng)由這3條連線(xiàn)單元線(xiàn)段傳輸?shù)饺齻€(gè)不同的方向。在前面討論連線(xiàn)通道布局結(jié)構(gòu)時(shí)我們已經(jīng)提到過(guò)，所有連線(xiàn)通道(包括水平方向和垂直方向)具有類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，非常自然的，我們會(huì)讓所有連線(xiàn)通道內(nèi)相同編號(hào)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段具有相同的信號(hào)傳輸方向。再由連線(xiàn)通道本身的高度對(duì)稱(chēng)性，我們?cè)O(shè)想將連線(xiàn)通道以其中心線(xiàn)為界劃分為兩個(gè)不同傳輸方向的連線(xiàn)單元線(xiàn)段集合，編號(hào)較小的連線(xiàn)單元線(xiàn)段集合只能向正方向傳輸信號(hào)，編號(hào)較大的連線(xiàn)單元線(xiàn)段集合只能向反方向進(jìn)行信號(hào)的傳遞。具體到我們所舉的例子當(dāng)中，編號(hào)為0到15的連線(xiàn)單元線(xiàn)段傳輸方向?yàn)檎较颍幪?hào)為16到31的連線(xiàn)單元線(xiàn)段傳輸方向?yàn)榉捶较?。這樣，對(duì)于一個(gè)水平方向的連線(xiàn)單元線(xiàn)段在交叉點(diǎn)位置與垂直方向連線(xiàn)單元線(xiàn)段連接時(shí)，可以從垂直方向連線(xiàn)通道的正方向連線(xiàn)單元線(xiàn)段集合和反方向連線(xiàn)單元線(xiàn)段集合中各選擇一條。由連線(xiàn)通道的對(duì)稱(chēng)性和前面的討論可知，正方向連線(xiàn)單元線(xiàn)段集合中任意一條連線(xiàn)單元線(xiàn)段的互補(bǔ)必定處在反方向連線(xiàn)單元線(xiàn)段集合中，反之依然，而且，任意兩條互補(bǔ)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段都具有相同的布局起始點(diǎn)。所以，互補(bǔ)的兩條連線(xiàn)單元線(xiàn)段(其中一條編號(hào)與輸入連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)相同)顯然是一個(gè)較為理想的選擇。如圖4所示。
圖4表示一個(gè)水平方向連線(xiàn)通道內(nèi)編號(hào)為10的連線(xiàn)單元線(xiàn)段(左邊數(shù)字所代表)在連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)位置與交叉點(diǎn)另外三個(gè)方向上連線(xiàn)單元線(xiàn)段的連接關(guān)系，標(biāo)有字母“a”的線(xiàn)段表示與其延伸方向的連線(xiàn)單元線(xiàn)段的連接，它連接的對(duì)端連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)同樣是10；標(biāo)有字母“b”的線(xiàn)段表示與當(dāng)前連線(xiàn)單元線(xiàn)段相垂直的連線(xiàn)通道內(nèi)具有相同信號(hào)傳輸方向的連線(xiàn)單元線(xiàn)段的連接，這條連線(xiàn)單元線(xiàn)段的編號(hào)也是10；標(biāo)有字母“c”的線(xiàn)段表示與當(dāng)前連線(xiàn)單元線(xiàn)段相垂直的連線(xiàn)通道內(nèi)具有相反信號(hào)傳輸方向的連線(xiàn)單元線(xiàn)段的連接，從圖中看到，這條連線(xiàn)單元線(xiàn)段的編號(hào)為21，它與編號(hào)為10的連線(xiàn)單元線(xiàn)段正好是互補(bǔ)的(連線(xiàn)通道寬度為32)。
由連線(xiàn)通道的布局結(jié)構(gòu)規(guī)則和連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)的連接關(guān)系特點(diǎn)，我們很容易確定各條連線(xiàn)單元線(xiàn)段之間的具體連接關(guān)系。以連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)左邊的(水平方向的)連線(xiàn)通道為例，其編號(hào)為J的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，連接到連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)右邊(即其對(duì)面)、上邊和下邊的連線(xiàn)單元線(xiàn)段的編號(hào)分別為J、J和(31-J)等。其余三個(gè)方向連線(xiàn)單元線(xiàn)段的連接關(guān)系與此類(lèi)似。這里不再累述。
權(quán)利要求
1.一種可編程邏輯器件的對(duì)稱(chēng)型連線(xiàn)通道，包括互補(bǔ)型交叉開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，其特征在于，在水平方向連線(xiàn)通道內(nèi)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，將其等分為上、下兩部分，該上、下兩部分相對(duì)于水平方向連線(xiàn)通道的中心線(xiàn)是對(duì)稱(chēng)的；垂直方向的連線(xiàn)通道內(nèi)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，與水平方向連線(xiàn)通道內(nèi)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，具有完全一致的結(jié)構(gòu)，將水平方向連線(xiàn)通道內(nèi)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)90度，再以其中心線(xiàn)為軸線(xiàn)翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，即得到了垂直方向的連線(xiàn)通道；以邏輯功能塊的寬度作為長(zhǎng)度單位，連線(xiàn)單元線(xiàn)段具有至少兩種不同的長(zhǎng)度，不同長(zhǎng)度的單元線(xiàn)段在連線(xiàn)通道中各占一定的數(shù)量，長(zhǎng)度小的連線(xiàn)單元線(xiàn)段用來(lái)連接近鄰的邏輯功能塊，長(zhǎng)度大的連線(xiàn)單元線(xiàn)段連接相距較遠(yuǎn)的邏輯功能塊；在一個(gè)連線(xiàn)通道內(nèi)，連線(xiàn)單元線(xiàn)段的布置不從同一起始位置開(kāi)始設(shè)每個(gè)連線(xiàn)通道包含W條連線(xiàn)單元線(xiàn)段，連線(xiàn)單元線(xiàn)段的長(zhǎng)度分別為2s和4s，二者各占1/2W條，長(zhǎng)度為2s的1/2W條連線(xiàn)單元線(xiàn)段，其中1/4W條連線(xiàn)單元線(xiàn)段從位置0開(kāi)始布置，另外1/4W條則從位置1開(kāi)始；長(zhǎng)度為4s的連線(xiàn)單元線(xiàn)段中，有1/8W條從位置0開(kāi)始，1/8W條從位置1開(kāi)始，1/8W條從位置2開(kāi)始，另外1/8W條從位置3開(kāi)始；其結(jié)果是，對(duì)于連線(xiàn)通道中每個(gè)位置點(diǎn)來(lái)說(shuō)，其連線(xiàn)資源的構(gòu)成都是完全相同的；其中，W為每個(gè)通道的連線(xiàn)單元數(shù)，s為邏輯功能塊的寬度。
2.如權(quán)利要求1所述的可編程邏輯器件的對(duì)稱(chēng)型連線(xiàn)通道，其特征在于，編號(hào)規(guī)則為在水平方向連線(xiàn)通道內(nèi)，連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)從下往上排列，最下面的連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)為0，其次為1...最上面的連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)為W-1；在垂直方向的連線(xiàn)通道內(nèi)，連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)從左往右排列，最左邊的連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)為0，其次為1...最右邊的連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)為W-1；對(duì)于寬度為W的連線(xiàn)通道，其中任一條連線(xiàn)單元線(xiàn)段，假設(shè)其編號(hào)為I，那么我們稱(chēng)另外一條編號(hào)為(W-1-I)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段是與其互補(bǔ)的，其中，W為每個(gè)通道的連線(xiàn)單元數(shù)；連線(xiàn)單元線(xiàn)段的相互連接只發(fā)生在連線(xiàn)單元線(xiàn)段的終端，每一個(gè)連線(xiàn)單元線(xiàn)段在其一個(gè)終端連接最多三條與它本身具有相同或是互補(bǔ)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段編號(hào)，同時(shí)與它具有相同的終端位置的連線(xiàn)單元線(xiàn)段。
3.如權(quán)利要求1所述的可編程邏輯器件的對(duì)稱(chēng)型連線(xiàn)通道，其特征在于，所述互補(bǔ)型交叉開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，是將連線(xiàn)通道內(nèi)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段等分為兩部分，每部分連線(xiàn)單元線(xiàn)段具有相同并且固定的信號(hào)傳輸方向?qū)τ谒椒较虻倪B線(xiàn)通道，從左到右的方向?yàn)檎较?，從右到左為反方向；?duì)于垂直方向的連線(xiàn)通道，從下到上的方向?yàn)檎较?，從上到下為反方向；則在連線(xiàn)通道中連接交叉開(kāi)關(guān)處用單個(gè)緩沖器替代雙向緩沖器，使連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)所需要的晶體管數(shù)目減少一半，從而使得可編程邏輯器件具有較好的面積特性。
4.如權(quán)利要求1或3所述的可編程邏輯器件的對(duì)稱(chēng)型連線(xiàn)通道，其特征在于，在連線(xiàn)通道內(nèi)有W條連線(xiàn)單元線(xiàn)段，從長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)，其中有1/2W條連線(xiàn)單元線(xiàn)段長(zhǎng)度為2s，另外1/2W條長(zhǎng)度為4s；從信號(hào)傳輸方向來(lái)說(shuō)，一個(gè)連線(xiàn)通道中有1/2W條連線(xiàn)單元線(xiàn)段的信號(hào)傳遞方向?yàn)檎较?，另?/2W條為反方向；在水平方向連線(xiàn)通道內(nèi)的W條連線(xiàn)單元線(xiàn)段中，編號(hào)為0到(1/4W-1)的線(xiàn)段是長(zhǎng)度為4s的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，他們等分為四組，依次遞增一個(gè)單位坐標(biāo)起始位置；編號(hào)1/4W到(1/2W-1)是長(zhǎng)度為2s的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，它們被等分為兩部分，分別從坐標(biāo)0和坐標(biāo)1位置起始，根據(jù)對(duì)稱(chēng)性，得出編號(hào)為1/2W到(W-1)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段的具體布局情況。
5.如權(quán)利要求1或3所述的可編程邏輯器件的對(duì)稱(chēng)型連線(xiàn)通道，其特征在于，所有的水平方向連線(xiàn)通道具有類(lèi)似的連線(xiàn)單元線(xiàn)段布局結(jié)構(gòu)，其差別在于連線(xiàn)單元線(xiàn)段的起始位置不同；在第0個(gè)水平方向連線(xiàn)通道的布局結(jié)構(gòu)中，在其所有W條連線(xiàn)單元線(xiàn)段的起始位置基礎(chǔ)上加一個(gè)坐標(biāo)單位即得到第1個(gè)連線(xiàn)通道的布局結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于將第0個(gè)連線(xiàn)通道整體向右平移一個(gè)單位，左邊空出的位置根據(jù)相應(yīng)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段長(zhǎng)度補(bǔ)齊，右邊溢出的部分截?cái)嗉纯?；同理可得到?個(gè)和第3個(gè)連線(xiàn)通道的布局結(jié)構(gòu)；第4個(gè)連線(xiàn)通道的結(jié)構(gòu)和第0個(gè)連線(xiàn)通道完全一樣，第5個(gè)連線(xiàn)通道的結(jié)構(gòu)和第1個(gè)連線(xiàn)通道完全一致，即連線(xiàn)通道布局結(jié)構(gòu)以4為周期重復(fù)；垂直方向的連線(xiàn)通道與水平方向連線(xiàn)通道具有完全一致的結(jié)構(gòu)，即對(duì)于垂直方向的第0個(gè)連線(xiàn)通道，其連線(xiàn)單元線(xiàn)段的安排與水平方向第0個(gè)連線(xiàn)通道是一樣的，區(qū)別是二者延伸的方向不同。
6.如權(quán)利要求1、2或3所述的可編程邏輯器件的對(duì)稱(chēng)型連線(xiàn)通道，其特征在于，所述各條連線(xiàn)單元線(xiàn)段之間的具體連接關(guān)系，是連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)左邊的連線(xiàn)通道中，其編號(hào)為J的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，連接到連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)右邊、上邊和下邊的連線(xiàn)單元線(xiàn)段的編號(hào)分別為J、J和(W-1-J)，其中，W為每個(gè)通道的連線(xiàn)單元數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及可編程邏輯器件，尤其與可編程邏輯器件的連線(xiàn)通道以及連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)相關(guān)，包括互補(bǔ)型交叉開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，其在水平方向連線(xiàn)通道內(nèi)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，被等分為上、下兩部分，該上、下兩部分相對(duì)于水平方向連線(xiàn)通道的中心線(xiàn)是對(duì)稱(chēng)的；垂直方向的連線(xiàn)通道內(nèi)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，與水平方向連線(xiàn)通道內(nèi)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，具有完全一致的結(jié)構(gòu)，將水平方向連線(xiàn)通道內(nèi)的連線(xiàn)單元線(xiàn)段，逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)90度，再以其中心線(xiàn)為軸線(xiàn)翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，即得到了垂直方向的連線(xiàn)通道。本發(fā)明降低可編程邏輯器件連線(xiàn)通道的延時(shí)，并減少連線(xiàn)通道交叉開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)面積，從而提高器件的延時(shí)特性和集成度。
文檔編號(hào)H01L23/52GK1967833SQ20051008689
公開(kāi)日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月17日
發(fā)明者楊海鋼, 李興政 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所