EDA/PLD中的CoolRunner-II器件的高级内部互连矩阵

在CoolRunner-II器件中，高级内部互连矩阵（Advanced Interconnect Matrix，AIM）用于CPLD内部功能模块之间的高速连接，可为每个功能模块提供40个数据输入通道及16个全局控制信号。此外，每个功能模块中的16个宏单元各自还有一个反馈通道（共16个）输出到高级内部互连矩阵，如图所示。该信号通道由于直接由乘积项输出，没有经过触发器，所以不仅具有高速特性，而且可为乘积项逻辑提供额外的共享资源。该通道可以通过约束设计或软件来启用或关闭。 　　如图 CoolRunner-II器件反馈通道　　例如，在实现如下逻辑函数时，有无该通道，所占用的资源将不同：　　　　　 在电子设计自动化（EDA）和可编程逻辑器件（PLD）领域，Xilinx的CoolRunner-II系列是一款广泛应用的复杂可编程逻辑器件（CPLD）。其中，高级内部互连矩阵（Advanced Interconnect Matrix，AIM）是该系列器件的核心组成部分，为高效、灵活的设计提供了关键支持。 高级内部互连矩阵的主要作用是实现CPLD内部功能模块之间的高速连接。这种矩阵为每个功能模块提供了40个数据输入通道，这些通道可以连接不同的输入源，使得设计者能够构建复杂的数字逻辑电路。同时，AIM还提供了16个全局控制信号，这些信号可以用于同步整个器件的操作，确保在高速运行时的正确性和一致性。 每个功能模块内包含16个宏单元，这些宏单元是CPLD的基本构建块，可以配置为各种逻辑门或触发器。值得注意的是，每个宏单元都有一个反馈通道直接连接到高级内部互连矩阵。这个反馈通道的独特之处在于，它允许乘积项的输出直接反馈回逻辑路径，而无需通过触发器，这不仅实现了高速信号传输，还减少了延迟，优化了性能。此外，这个通道作为一种共享资源，可以有效地减少所需硬件的数量，从而降低整体的资源占用。 在设计过程中，设计师可以通过约束设计或者使用专门的软件工具来启用或禁用这些反馈通道，以适应不同的逻辑需求和性能要求。例如，当实现特定的逻辑函数时，如上述例子中的`Out=a＆b＆(c＃d＃e＃f)`，反馈通道的存在与否会直接影响到资源的利用率。 在没有反馈通道的情况下，逻辑函数需要按照CPLD的常规操作顺序，先进行“与”操作，然后进行“或”操作，这可能导致更多的乘积项被占用。如表达式`(a＆b＆c)＃(a＆b＆d)＃(a＆b＆e)＃(a＆b＆f)`，需要4个乘积项来完成计算。 然而，如果利用反馈通道，可以先计算一个组合逻辑`(C＃d＃e＃f)`，将其结果`C'`反馈回来，然后再与`a`和`b`进行“与”操作。这样，只需要1个乘积项就可以完成相同的逻辑功能，显著降低了资源消耗。 CoolRunner-II器件的高级内部互连矩阵通过其灵活的高速连接和反馈通道机制，提供了强大的逻辑整合能力，有助于实现高效、紧凑的数字系统设计。这对于那些对速度和资源效率有高要求的应用场景来说，如嵌入式系统、实时控制和高速数据处理等，具有非常重要的意义。设计师需要深入理解AIM的工作原理，并巧妙地利用反馈通道来优化他们的设计，以达到最佳的性能和资源利用率。