基于模型量化的FPGA互联结构评估方法技术

本发明专利技术属于电子技术领域，具体为基于模型量化的FPGA互联结构评估方法。本发明专利技术通过对影响FPGA互联结构的关键因素进行量化建模，并在此模型基础上提出了一种基于平均跳跃次数统计的评价指标。通过本方法能够在很短的时间内就遍历搜索大规模的FPGA互联结构空间，并保证与通过完整CAD流程得到的评价结果在大范围上保持一致性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子
，涉及FPGA互联结构的设计，具体涉及基于模型量化的 FPGA互联结构评估方法。
技术介绍
现代FPGA的硬件结构日趋复杂，评判一款FPGA芯片的性能指标也是多种多样， FPGA评估系统的目的是为了在指定的优化目标下评估各种FPGA硬件结构设计的优劣，并 最终以此来引导硬件结构设计及改进的方向。传统的FPGA互联结构评估方法一般有两种，一种是凭借设计人员的经验进行取 舍，另一种则是将一组标准测试电路通过完整的CAD流程映射到目标结构上来观察性能。 两种方法都有明显的缺点，前者无法充分地搜索和挖掘潜在的FPGA互联结构，结论较为主 观；后者虽然精准，但时间代价很大，实际中不太可能进行大规模的搜索。因此对在可接受 时间内能够大规模评估FPGA互联结构的方法提出了要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种能减小FPGA互联结构评估的时间代价，并在大范围 上保证评估精度的FPGA互联结构评估方法。本专利技术提出的FPGA互联结构评估方法，总体方案如下提取影响FPGA互联结构的 关键参数互联线种类，互联通道宽度，连通度，加以整合，对FPGA互联结构进行综合建模， 得到信号一次跳跃、两次跳跃、三次跳跃所能覆盖的逻辑单元的分布图，并得到每个所覆盖 到的逻辑单元的信号允许通过量。在此模型的基础上，提取量化的指标用于评价互联结构。 该指标必须覆盖和区分不同结构中互联线网种类、互联通道宽度、连通度的不同对性能带 来的影响。模型阐述如下对于任何一个模型而言，要评价互联结构的优劣，都必须体现以 下几个因素对互联性能带来的影响1互联线种类。包括传统的单倍线、2倍线、6倍线等，以及各种为增强互联能力引入的 各种拐线；2互联通道宽度。包括每种互联线的配置根数； 3通用互联矩阵的设计。包括各种互联线之间的连通度和驱动关系。在我们的模型中，对以上几个因素进行了有机的整合，能够快速直观的得到一个 综合的评价指标。首先，对互联线种类的体现可以以图形化的方式来说明。下面以一个类似于 Xilinx Virtex5系列的对称对角互联结构为例，如图1所示。图中的一个方块代表一个基 本的可编程逻辑单元(CLB)。以图中圆形的CLB为原点出发，根据给定的互联线种类，经过 一次跳跃(HOP)能够遍历到的CLB用方形标出。类似的，图中的菱形和星形CLB分别表示 经过两次和三次跳跃所能遍历到的CLB。显而易见，如果给定不同的互联线种类的组合，那么从红色CLB出发，它的一次HOP集合，两次HOP集合，三次HOP集合在平面上的分布都是 不同的，这种分布直观地表达了信号在不同的互联结构中的扩散速度和能力。其次，每种互联线的配置根数对于互联结构的性能也会产生影响。在上面的平面 图中，只体现了信号从源点出发经过若干次跳跃分别能够到达的位置，但不能体现信号到 达该位置的“带宽”，即该种互联结构在该位置能够提供的信号通过的容量。为了体现这一 点，我们在平面图的基础上增加一维，来表示“带宽”，如图2所示。最后，连通度在我们的模型中也可以得到体现。通过进一步细分“带宽”的构成， 我们可以将各种线网之间的连接密度和驱动关系反映出来。连通度本质上反映的是中转能 力，因此以一次跳跃中转到两次跳跃为例，我们可以记录信号是经过哪种线网到达当前CLB 的，并通过连通度计算出信号可以继续行走的方向和线路分布，从而得到对应的二次跳跃 后的带宽。这样一来，互联通道宽度和连通度的影响可以统一在“带宽”中体现出来。有了以上模型，就为提取各种量化指标进行评价提供了可能。本专利技术的基于模型量化的FPGA互联结构评估方法，具体步骤可归纳如下1)提取影响FPGA互联结构的关键参数把FPGA互联结构用统一的形式进行描述，形式上包含互联线种类，互联通道宽度，连 通度这三个关键参数；2)对FPGA互联结构进行图形化的建模根据互联线种类，计算从某个可编程逻辑单元出发，通过一次、两次、三次跳跃分别能 够覆盖到的其他可编程逻辑单元集合。在此基础上，根据互联通道宽度和连通度，计算出到 达集合中任一单元的信号最大通过量。其中计算跳跃次数的方法为，统计所有互联线网能辐射到的逻辑单元位置，那些能被一次 辐射到的位置即为一次跳跃集合；同理，从一次跳跃集合中的逻辑单元出发，再统计一次所 有互联线网能辐射到的位置，即为二次跳跃集合，依次类推。信号最大通过量的计算方式 为，对于每一个逻辑单元位置，把所有能辐射到该位置的互联线网的数量求和；3)定义量化指标在模型基础上可自定义量化指标，该指标满足的条件为必须覆盖和区分不同结构中 互联线网种类、互联通道宽度、连通度的不同对性能带来的影响。以我们提出的“平均跳跃 次数”指标为例，就能很好地满足以上条件；4)通过选定互联线网种类，我们能够自动遍历枚举出所有可能的线网组合方式，从而 得到大批量的FPGA互联结构。然后针对每一种结构重复步骤1) 3)，根据步骤3)中定义 的指标作为每种结构的得分，然后进行排序，从而筛选出较为优化的结构，指导后期更详细 的互联设计。上述方法中，步骤1)所述的对FPGA互联结构采用统一参数化方式进行描述，参数 至少包含互联线种类，互联通道宽度，连通度。上述方法中，步骤2)所述的对FPGA互联结构进行三维建模，其中XY平面反映一 次、两次、三次跳跃能到达的可编程逻辑单元，Z轴反映到达该单元的允许信号量。上述方法中，步骤3)所述的从模型中提取的量化指标是自定义的。上述方法中，步骤4)是利用平均跳跃次数指标来大规模地筛选FPGA互联结构。技术效果本专利技术方法极大地加快了 FPGA互联结构的评估，时间代价与通过传统的完整CAD流程相比可以忽略不计，同时保证了评估的准确性。 附图说明图1信号跳跃次数模型示意图。图2 “带宽”模型示意图。图3观察窗口权重函数示意图。图4理论模型与实测数据变化趋势。具体实施例方式下面以“平均跳跃次数”的统计为例进一步阐述本专利技术，但不构成对本专利技术的限制 顾名思义，“平均跳跃次数”是指在一定区域内，信号到达该区域内任一CLB所需要的跳跃次数的加权平均值。该指标内含了三个可变参数，公式如下+ *NSigfudUftpassed(χ, ν) NFestSigvd, NTestSsgrnl <= Sig^ialChpuciiy (χ, γ) I<!SigmlPass€d(x, y)- <第二个参数是“测试信号量”(NT磁—I )，即用于测试互联性能的信号的数目。 信号量的选取应根据实际的benchmark放入FPGA后通道上信号通过量的典型值。如果信 号量太小，则不能反映出各处不同带宽的松紧，如果信号量太大，则导致过度拥挤，与实际 情况不符合。第三个参数是“权重函数”(啦J))，即反映区域内到达某个CLB的跳跃次数在总 平均次数中的权重。因为经过实际CAD流程的优化后，一个线网辐射出的各个CLB总是尽 可能地被放在靠近的位置，所以在评价互联性能时，我们总是对互联的局部性能更感兴趣，为了建立一个公平有效的对比平台，对于以上三个参数，我们采用理论指导结合统计实验的方式进行了慎重的选取对于观察窗口，首先考虑到不同例子的线网辐射范围是不同的。如果观察窗口的选 取远大于或远小于benchmark的线网平均辐射范围，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．基于模型量化的ＦＰＧＡ互联结构评估方法，其特征在于具体步骤为：１）提取影响ＦＰＧＡ互联结构的关键参数；把ＦＰＧＡ互联结构用统一的形式进行描述，形式上必须互联线种类，互联通道宽度，连通度这三个关键参数；２）对ＦＰＧＡ互联结构进行图形化的建模根据互联线种类，计算从某个可编程逻辑单元出发，通过一次、两次、三次跳跃分别能够覆盖到的其他可编程逻辑单元集合；在此基础上，根据互联通道宽度和连通度，计算出到达集合中任一单元的信号最大通过量；３）定义量化指标在模型基础上自定义量化指标，该指标满足的条件为：必须覆盖和区分不同结构中互联线网种类、互联通道宽度、连通度的不同对性能带来的影响；４）通过选定互联线网种类，自动遍历枚举出所有可能的线网组合方式，从而得到大批量的ＦＰＧＡ互联结构；然后针对每一种结构重复步骤１）～步骤３），根据步骤３）中定义的指标作为每种结构的得分，然后进行排序，从而筛选出较为优化的结构，指导后期更详细的互联设计。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：来金梅，王臻，谢丁，王健，胡敏，陈利光，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31