（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032）

1 引言

基于Flash架构的FPGA具有掉电非易失性的特点，一旦被编程，配置数据就成为FPGA结构的一个固有部分，系统上电时不需要通过外部的配置芯片加载数据。因此它在电子产品、工业控制、信息通信，特别是在航空航天领域具有很大的优势和应用价值，对于它的编程操作体系结构的研究和设计也尤为重要。故此主要针对Actel公司的一款基于Flash架构的FPGA产品的体系结构进行细致分析，在现有工艺的基础上，剖析其编程原理和操作过程，对其内部的编程电路系统结构和电路功能模块进行设计，最终通过仿真验证。

2 基于Flash架构的FPGA体系结构

2.1 内部体系结构特点

典型的基于Flash架构的FPGA基本电路框图结构如图1所示。如图可见，其主要组成部分包括：Flash开关编程单元阵列、基本逻辑模块TILE、嵌入式双端口SRAM、I/O、JTAG和逻辑控制电路、可编程互连线资源、读写编程通道和字线、位线高压产生电路等。

图1 Flash架构的FPGA基本电路框图

其中，Flash开关编程点单元仅由两个晶体管组成，它们的作用是：一个用于对此开关进行擦除、编程、校验等操作；另一个用于开关的选通[1]。这种开关单元具有占用硅片面积小、阻抗和容性负载低、非易失性等特点，其结构如图2所示。对Flash架构的FPGA进行编程就是对这些开关进行控制、实现连线的过程。

图2 Flash开关编程点单元

FPGA芯片内部的任何逻辑模块之间都是通过可编程布线资源连通的。而基于Flash架构的FPGA的可编程布线资源主要包含水平布线资源、垂直布线资源和在水平与垂直布线资源之间的Flash开关编程单元组成。……