基于模块化的FPGA工程的代价估算方法研究

来源 :西安电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:roytuan
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
FPGA的迅速发展,使得其在航天领域的应用越来越广泛,有关航天系统中FPGA方面的诸多研究也更加深入。FPGA的代价是衡量FPGA设计综合特性的重要指标,也是后期针对太空中FPGA器件防护方法选择的重要参考指标。但是,目前针对航天组件中FPGA设计代价问题的研究较少,严重阻碍了FPGA技术在航天领域的进一步发展。  为了解决获取FPGA工程总体代价的问题,本文系统的提出了一整套便捷、高效地获取FPGA工程代价的解决方案。给出了一种快速有效的FPGA模块划分及获取模块间拓扑关系的方法,创造性地构建出了基于模块的功耗、面积和速度模型,并且提出了一种基于模块代价指标求取工程总体代价的高效算法,对航天领域FPGA设计代价的评估与降低具有重要的意义。本文的主要工作如下:  (1)提出了一种快速有效的基于FPGA工程的模块划分方案。通过分析VHDL语言的语法结构和特点,将对原工程复杂模块进行划分,这样就使得复杂模块的结构相对简单,一定程度上缓解了由于FPGA工程模块结构冗杂而导致的研究的效率低下问题。通过研究划分好的所有模块的VHD文件内容,找出模块间的内在联系,获取到模块间的拓扑关系,并对特定模块进行逻辑封装操作,为之后工程代价的求取做好准备。  (2)分别研究出了新型、有效的基于FPGA工程模块的功耗估算模型、面积估算模型和速度估算模型。对于功耗估算模型,它包括静态功耗和动态功耗两部分。借助XPE功耗估算表格采取样本数据,然后进行数据拟合得到的功耗模型,不仅将温度、电源电压、开关频率以及平均扇出对功耗的影响考虑进去,还重点考虑了资源的使用情况对功耗的影响。对于面积估算模型,它主要包括逻辑资源所占的面积和布线资源所占的面积两部分。通过分析模块的资源消耗,以及所消耗资源中LUT和BRAM的配置比特位的个数,得到了逻辑资源所占面积的计算模型,在此基础上根据布线资源与逻辑资源在面积中的相互关系,得到了布线资源的面积模型,最终得到了总的面积估算模型。对于速度估算模型,它是用来评估模块在特定芯片上所能达到的最大速度。借助ISE综合工具对VHD文件进行综合产生SYR文件,在该文件中查找到该模块的最小时钟周期,将最小时钟周期求倒得到理论上的最大速度值。最后,通过实际工程模块对所构建的模型进行了实验验证,结果表明所建模型都具有较高的准确性。  (3)提出了一种由模块的代价指标获取整个工程代价的高效算法。通过将封装后的所有叶子节点模块的功耗相加得到工程总功耗。大量实验获取工程面积与工程所有封装好的叶子节点模块的面积和之间的线性关系,得到工程面积的获取算法。将工程中所有封装好的叶子节点模块的最小速度作为工程速度。并在此基础上根据三项指标在代价中的重要程度设定各自的权重因子,并最终获取整个FPGA工程的确切代价值。此算法的准确性很高,并且实现过程较为简单。  (4)给出了程序自动化实现从模块划分到最终获取代价值的完整流程。通过一个具体的实际工程样例展示了完整实现过程,并且给出了每个过程的具体实现结果,体现出了程序实现具有很高的效率。  综上,本文给出了求取大型FPGA工程代价值的一套完整的方法,此方法不仅具有很高的效率,并且具有较高的准确性和工程实用性。最后,对本文所做的工作进行总结,并明确下一步工作方向和计划。
其他文献
随着社会信息化的快速发展,车辆牌照识别技术已成为我国实现交通智能化的重要组成部分,被广泛应用于停车场管理、高速公路电子收费系统ETC(Electronic TollCollection)、违章交
乳腺癌是危害中老年妇女健康的主要恶性肿瘤之一。乳腺癌防治的关键在于早发现、早诊断。目前,乳腺X线摄影技术被公认是早期诊断乳腺癌最有效的方法。为了提高影像医生的诊断
随着传感器、微电子以及通信等关键技术的发展,无人机得以诞生并获得长足发展。无人旋翼飞行器因其具有高度的灵活性和机动性,能够在受限或危险区域自主地完成各种飞行任务,如战
随着货运列车的不断发展,高速、重载、大密度开行已经成为当今主要发展趋势,陈旧的人工列检方式已不在适应时代的发展,为此,90年代末期出现了TFDS系统,经过十多年的发展,TFDS已经发
随着航天任务需求的多样化和复杂化,对现代卫星的轨道控制和姿态控制提出了新的要求。在轨道机动中,由于卫星自身燃料的消耗、有效载荷的分离等因素可能引起质心偏移,在特殊的空
伴随航天科技的发展,对能够快速机动的航天器的需求逐渐增多。一方面,复杂的航天任务要求机动的快速性,但是系统的收敛形式一般为渐近收敛;另一方面,在姿态机动过程中,航天器的挠性
卫星姿态控制系统作为整个卫星系统的一个重要部分,其安全性与可靠性是进行控制系统设计时应当考虑的核心问题。为了实现飞轮完全失效时仍然可控的条件,本文以具有三正交+斜装
高超声速飞行器具有重大的战术战略价值,成为多年来世界各国的研究热点。掌握了高超声速飞行技术,就占领了未来高科技竞争的战略制高点,同时也为国家安全提供了重要保障。高超声
转台是一种高精度的设备,是惯导测试与标定系统、雷达伺服控制系统和通信望远镜控制系统的关键组成部分,其性能直接影响控制系统的控制性能指标。而先进的控制方法是实现转台精
本文介绍了“运动参数检测系统”设计和实现的详细过程。开发这个系统是为了帮助人们进行科学运动,来提高自身的健康水平。根据需求,我们把系统分为两个部分:运动参数记录仪(下位