【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及集成电路计算机辅助设计，特别涉及一种面向fpga的片内与片间协同布线方法。
技术介绍
1、超大规模集成电路(very large scale integration,vlsi)设计流程的每个阶段都应该对vlsi设计进行验证，以便尽早发现错误并重新进行vlsi设计，确保vlsi设计的正确性。时分复用(time-division multiplexing,tdm)技术是一条物理导线在一个系统时钟周期内分时传输多个信号，以此解决fpga间的信号数量通常超过i/o引脚数量的问题。虽然tdm技术提高了fpga系统的可布线性，但同时会造成fpga间信号延迟增加，增加系统时延。时分复用比率是用来衡量系统时钟周期使用情况的数值。因为较好的tdm比率分配可以有效地减少系统时延，所以优化tdm比率是编译流程中的一个重要步骤。在多fpga原型系统的设计流程中，tdm比率通常是在fpga布线后确定的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种面向fpga(field programmable gate array)的片内与片间协同布线方法，能够得到一个考虑fpga内外结构来优化fpga间的tdm比率，达到在较短时间内优化系统时延的目的的布线解方案。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种面向fpga的片内与片间协同布线方法，包括
3、(1)tdm比率初始化阶段：设计一种考虑fpga内外结构的tdm比率初始化方法，根据问题定义的fpga间布线图和线网在放
4、(2)离散化阶段：提出一种基于贪心策略的离散化方法，去除tdm比率初始化阶段得到的tdm比率分配初始解中所有违反tdm比率约束的情况；
5、(3)重分配阶段：设计一种针对可优化线网的重分配策略，缩减较大线网的tdm比率，优化系统时延。
6、在本专利技术一实施例中，所述步骤(1)具体实现如下：
7、在多fpga系统中，如果两个fpga能够直接通过物理导线连接，则它们在逻辑上是相邻的；两个相邻的fpga被称为fpga连接对；在fpga连接对之间的线网中，每个tdm比率是偶数，tdm比值为r的导线中线网的数量不应超过r，并且使用的导线总数不能超过导线极限pn；优化目标为最小化系统时延scp，公式如下：
8、minimize:scp＝max(ntr1,ntr2,...,ntrn)
9、其中ntri表示第i个线网的时延，n表示线网数量。
10、传输时延是其相应物理导线的tdm比值的单调递增函数；给定一个线网通过一条tdm比率值为etri,j的物理导线，边ei,j的时延的计算公式为(bi,j×etri,j+ci,j)，其中bi,j和ci,j是与ei,j对应的架构相关参数；由于同一物理导线能够同时传输两个方向的信号，所以tdm比率是偶数；
11、在tdm比率分配阶段，需要为每条边分配既满足约束条件且scp最小化的tdm比率,结合约束条件和优化目标，基于拉格朗日松弛，问题模型写成下列公式：
12、
13、其中，scp为系统时延，etri,j为fpga间的边的tdm比率，delayp,q为fpga内部边的时延，pn是fpga连接对间物理导线的数量，etr表示fpga连接对中的边，ein表示fpga内的边；将上述公式称为主问题pp；
14、在求解使scp最小化的tdm比率分配问题时，通过引入非负的拉格朗日乘子来放宽问题中的约束条件，使问题变得易于求解；对于pp，通过引入μ和v来松弛两个约束条件；松弛后的公式如下所示：
15、
16、其中，μ和ν分别表示变量μp,q和νi的集合；拉格朗日松弛子问题如下所示：
17、lrs:minimize l(tr,atsink,μ,ν)
18、其中tr表示fpga连接对的tdm比率集合，atsink表示未分配的tdm比率的线网布线时延信息。
19、根据kkt条件，只有当lrs满足下列条件时，取到最优值：
20、
21、
22、结合上述公式得到以下公式：
23、
24、
25、
26、其中μ表示拉格朗日松弛过程中线网所对应的拉格朗日乘子，ei,j表示起点为结点i，终点为结点j的边。
27、ldp定义为
28、ldp:maximize lrs
29、
30、
31、优化ldp只需要考虑定义的解空间ω中的(μ，ν)；为避免违反约束条件的情况，使得到的tdm比率尽可能接近最优解，使用替代次梯度更新公式对拉格朗日乘子进行更新；根据布线图中边的数量和拓扑顺序获得一个初始拉格朗日乘子；然后，通过替代次梯度方法对乘子进行更新；
32、拉格朗日乘数初始化阶段需要同时考虑fpga间的时分复用线和fpga内部导线对系统时延的影响；通过对fpga间的tdm边和fpga内部的边分配不同的权重值来求得初始μ的值，获得得到更接近最优解的拉格朗日乘数；由于fpga间的tdm边和fpga内部的边对scp的影响不同，因此给不同种类的边分配不同的权重值；在计算μ的值时，假设fpga连接对中的两个fpga分别为起始fpga和终点fpga；各边的边权值的计算公式如下所示：
33、
34、
35、其中，htr和hin分别为fpga间的边和fpga内的边的权重值，we表示边e的边权值，wgk表示以节点k为输入节点的边的边权值之和，wgk的计算公式如下：
36、
37、
38、其中，go为起始fpga内的第一个节点，gk表示除起始fpga内的第一个节点外的其余节点，μ的计算公式如下：
39、
40、其中，gd表示的是终点fpga的最后一个节点，为计算各个点和各条边初始的权重值，首先规定一个更新方向，判断出边是否为fpga间的边，如果是fpga间的边，则它的权重值为前驱节点的权重值加1，如果不是fpga间的边，则为fpga内的边，它的权重值为前驱节点的权重值加0.5，对于有入边的节点，其权重值等于入边的权重值之和，由此得到各个节点和各条边的权重值，根据各边和各个节点的权重值分配初始μ值；为减少系统时延，使用如下公式：
41、
42、假设所有线网中ntr最大的线网为关键线网，其他为非关键线网；每条fpga间的边的拉格朗日乘数μ与tdm比率成反比；因此，tdm比率较大的线网通过增加每条边的拉格朗日乘数μ来减少tdm比率值；更新目标节点的μ值；为更快地得到更接近最优解的tdm比率优化结果，对于tdm比率较大的fpga间的边的μ值进行缩减操作，对于tdm比率较小的fpga间的边的μ值进行增大操作，以此缩小关键线网和非关键线网ntr的差异，达到最终减少系统时延的目的；非关键线网中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向FPGA的片内与片间协同布线方法，其特征在于，包括
2.根据权利要求1所述的面向FPGA的片内与片间协同布线方法，其特征在于，所述步骤(1)具体实现如下：
3.根据权利要求1所述的面向FPGA的片内与片间协同布线方法，其特征在于，所述步骤(2)具体实现如下：
4.根据权利要求1所述的面向FPGA的片内与片间协同布线方法，其特征在于，所述步骤(3)具体实现如下：
【技术特征摘要】
1.一种面向fpga的片内与片间协同布线方法，其特征在于，包括
2.根据权利要求1所述的面向fpga的片内与片间协同布线方法，其特征在于，所述步骤(1)具体实现如下：
3.根据权利要...
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