引 言
FPGA動態(tài)局部可重構(gòu)技術(shù)是指允許可重構(gòu)的器件或系統(tǒng)的一部分進行重新配置,，配置過程中其余部分的工作不受影響。動態(tài)局部可重構(gòu)縮短了重構(gòu)的時間,，減少了系統(tǒng)重構(gòu)的開銷,，提高了系統(tǒng)的運行效率。局部動態(tài)可重構(gòu)技術(shù)中通常將系統(tǒng)劃分為固定模塊和可重構(gòu)模塊,?？芍貥?gòu)模塊與其他模塊之間的通信(包括可重構(gòu)模塊和固定模塊之間、可重構(gòu)模塊和可重構(gòu)模塊之間)都是由總線宏實現(xiàn)的,。
動態(tài)可重構(gòu)技術(shù)在FPGA中的實現(xiàn)是Xilinx公司首先提出的,，并且提供了相應(yīng)的開發(fā)工具和開發(fā)流程。他們從Virtex系列器件開始支持動態(tài)可重構(gòu)技術(shù),，同時他們提供了現(xiàn)成的總線宏文件給動態(tài)可重構(gòu)系統(tǒng)開發(fā)者使用,，但是它們提供的總線宏設(shè)計與軟件版本的兼容性很差。Xilinx提供的總線宏可能因為軟件版本的問題會無法正常使用,，所以用戶需要借助正在使用的版本軟件設(shè)計總線宏,，以實現(xiàn)FPGA動態(tài)局部可重構(gòu)設(shè)計。
在研究總線宏的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,，采用FPGA Editor可視化的方法設(shè)計基于TBUF的總線宏,，并通過FP-GA動態(tài)可重構(gòu)實驗驗證了該方法的正確性。
1 基于TBUF的總線宏結(jié)構(gòu)
在不同系列的Xilinx FPGA器件中,，使用不同的總線宏來實現(xiàn)動態(tài)局部可重構(gòu)技術(shù),。在Virtex，Virtex-E,，Virtex-ⅡPro X,，Spartan-Ⅱ，Spartan-ⅡE和Spartan-3系列器件中所使用的總線宏都是基于TBUF的,，可重構(gòu)模塊的位置固定不變,；在Virtex4，Virtex5更高性能的器件中，所使用的總線宏是基于Slice的,，可重構(gòu)模塊的位置是可變的,；而Virtex-Ⅱ，Virtex-ⅡPro所使用的總線宏既可以基于TBUF,，也可以基于Slice,。
目前，使用最多的總線宏,，其物理實現(xiàn)是使用6個三態(tài)緩沖器(TBUF),，實現(xiàn)4位的雙向通信。每個TBUF占用1位,，每位使用1根TBUF長線，從FPGA的最左側(cè)到最右側(cè),，如圖1所示,。TBUF的T端是三態(tài)使能端口；I端是數(shù)據(jù)輸入端口,；O是數(shù)據(jù)輸出端口,。相應(yīng)地，總線宏的T端(LT和RT)是方向控制端口,，控制總線宏從左或從右輸出,；I端(LI和RI)是數(shù)據(jù)輸入端口；O端(LO和RO)是數(shù)據(jù)輸出端口,。
總線宏的信息通信是雙向的,，既可以從左到右，也可以從右到左,。但是對于一個設(shè)計來說,，一旦信息通信方向確定以后就不能再改變?？偩€宏的位置精確地跨騎在模塊A和模塊B之間(A或B是可重構(gòu)模塊,，或AB全是可重構(gòu)模塊)，其中四柵三態(tài)緩沖器在模塊A內(nèi),，另外四柵在B內(nèi),。對于Virtex-Ⅱ等系列器件，因內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同,，故兩柵跨騎在模塊A內(nèi),，另外兩柵跨騎在模塊B內(nèi)。
2 基于TBUF的總線宏設(shè)計
這里在深入研究Xilinx公司所提供的總線宏的基礎(chǔ)上,，結(jié)合宏的設(shè)計技術(shù),，完善了總線宏的設(shè)計。
(1)TBUF的內(nèi)部路由。圖2給出內(nèi)部路由后的TBUF電路結(jié)構(gòu)圖,。TMUX的T端決定總線宏的控制端LT和RT高電平有效,，而T_B端決定低電平有效。
無論控制信號是高電平有效,，還是低電平有效,，在使用總線宏進行通信時，LT和RT的值必須是相反的,，或者是同時無效的,。例如，當(dāng)控制信號高有效時,，即T端為1時,，TBUF打開。如果總線宏是從左向右傳遞數(shù)據(jù),，則必須將LT設(shè)為1,，RT為0，反之亦然,；如果總線宏不需要傳遞數(shù)據(jù),，那么兩個控制信號應(yīng)同時為0，此時總線宏輸出為高阻態(tài),。
(2)TBUF添加的方法,。Virtex，Virtex-E,，Spar-tan-Ⅱ,，Spartan-ⅡE的內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似，與TBUF添加的方法是相同的,。在相應(yīng)的位置選擇一個可編程邏輯塊(Configurable Logic Block,，CLB)中的一個TBUF作為總線宏的一個TBUF(1個CLB包含2個TBUF)，依次選擇同一行相連下一個CLB中的一個TBUF,，直至選夠8個TBUF為止,；對于Spartan-3，Virtex-Ⅱ,，Virtex-ⅡPro和Virtex-ⅡPro X系列器件,；每一個CLB中的2個TBUF都作為總線宏的TBUF被選用，在同一行中依次選擇相連的4個CLB中的8個TBUF作為總線宏的TBUF,，如圖3所示,。
(3)TBUF外部端口的命名規(guī)則。根據(jù)圖1的總線宏結(jié)構(gòu),，對各個TBUF的外部端口T,，I和O進行相應(yīng)的命名,，命名時要符合所使用版本軟件的要求。例如,，若對端口進行如下命名：LI<3>,，LT<3>等，而端口在進行物理設(shè)計規(guī)則檢查(Design Rule Check,，DRC)時會出錯,，根據(jù)所提示的出錯信息將命名改為：LI(3)，LT(3)等,，即能順利通過DRC,，完成端口的命名。
(4)總線宏輸出端口的定義,?？偩€宏輸出端口的定義只能通過手工路由(Manual Route)方法，把相應(yīng)TBUF的輸出端口通過端口連線和TBUF長線連接起來,。