胡　凯，谢　达，刘　彤，张艳飞，单悦尔

（中国电子科技集团公司第58研究所，江苏无锡 214072）

FPGA中开关矩阵的研究

胡凯，谢达，刘彤，张艳飞，单悦尔

（中国电子科技集团公司第58研究所，江苏无锡 214072）

开关矩阵是现场可编程门阵列FPGA芯片中最重要的组成部分之一。通过对FPGA中开关矩阵进行分析和研究，介绍了开关矩阵的布局和绕线方式，建立了开关矩阵的基本模型，对开关矩阵模型进行了仿真、分析和优化。重点分析了开关矩阵速度与各参数因子之间的关系，结果表明优化后的开关矩阵具有很好的性能。

FPGA；开关矩阵；布线；延时

1　引言

现场可编程门阵列FPGA是一种半定制电路，具有开发周期短、成本低、风险小、集成度高、灵活性大以及便于电子系统维护和升级的优点，FPGA是数字集成电路的主流芯片，被广泛应用在通信、控制、视频、信息处理、消费电子、互联网、汽车以及航空航天等诸多领域[1]。

开关矩阵Switch matrix(简称SW)和绕线资源是FPGA结构中最基本、最核心的逻辑部件，具有层次化布局和布线架构的FPGA设计已经成为可编程逻辑器件设计的热点，拥有最佳的面积和延时性能[2～3]。开关矩阵是连接CLB、DSP、BRAM、IO、CLK、MAC、 PCIE、GTP等各个模块之间的互连枢纽，由大量的MUX开关、配置SRAM以及互连线构成，遍布于FPGA芯片各个部位，开关矩阵的速度、功耗和面积决定着整个芯片的性能[4～5]。本文对开关矩阵进行了分析和研究，首先介绍了FPGA中开关矩阵的布局布线，分析了绕线资源的类型和命名方式，并建立了开关矩阵的基本模型，对开关矩阵模型进行了仿真、分析和优化，并详细阐述了优化过程和结果。……