專利名稱：可編程邏輯的可擴展非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及交換網(wǎng)絡(luò)，并且尤其涉及使用了可編程邏輯電路的交換網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
可編程邏輯電路也稱為現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，是通用的集成邏輯電路，可以由用戶編程以執(zhí)行邏輯功能。電路設(shè)計者定義所需的邏輯功能并且電路被編程為按此處理信號。就邏輯密度需求和生產(chǎn)量而言，可編程邏輯電路在成本和時間方面為市場中的較優(yōu)選擇。典型的可編程邏輯電路由邏輯單元組成，其中各個邏輯單元可以編程為根據(jù)其輸入變量執(zhí)行邏輯功能。并且，在整個可編程邏輯電路中提供互連資源，所述互連資源可以編程為根據(jù)用戶指定而將信號從邏輯單元的輸出傳送到邏輯單元的輸入。
隨著技術(shù)進步，可以實現(xiàn)更大規(guī)模更復(fù)雜的可編程邏輯電路，電路中邏輯單元的數(shù)量和所需的互連資源的數(shù)量均增加。與邏輯單元和互連資源不斷增加的數(shù)量相對應(yīng)的是需要將電路保持在較小尺寸。一種最小化所需的電路尺寸的方法是最小化互連資源，同時保持一定級別的連接性。因此，隨著芯片上實現(xiàn)的功能增加，需要連接大量信號的互連資源可能迅速被耗盡。折衷辦法是在將電路保持在較小尺寸的同時提供更低的邏輯單元利用率，或者提供更多的連接資源，但是這樣可能大幅度增加電路尺寸。
在可編程邏輯電路領(lǐng)域過去四十年的發(fā)展中連接方式越來越復(fù)雜。L.M.Spandorfer在1965年描述了使用領(lǐng)域互連和使用Clos網(wǎng)絡(luò)中的開關(guān)通過多個導(dǎo)體進行連接的可能的可編程邏輯電路的實現(xiàn)。R.G.Shoup在1970年他的博士論文中同時描述了使用領(lǐng)域互連和使用總線進行更長距離的互連。
Freeman在1989年的美國專利4,870,302中描述了使用領(lǐng)域互連、短距離(長度1，稱為單長度)互連以及例如時鐘等信號的全局連接線的FPGA的商業(yè)實現(xiàn)。短距離互連與邏輯單元的輸入和輸出交互，其中各個輸入通過開關(guān)連接到與邏輯單元相鄰的各個短線并且水平和垂直短線通過接頭中的開關(guān)盒連接。El Gamal等人在美國專利4,758,745中介紹了分段連接，其中邏輯單元的輸入和輸出與一維中不同長度的連接片段交互。
Peterson等人在美國專利5,260,610中以及Cliff等人在美國專利5,260,611中介紹了與邏輯元件組連接的本地導(dǎo)體組，其中邏輯元件的各個輸入通過開關(guān)連接到所述組中的各個本地導(dǎo)體。同時在水平方向和垂直方向上引入附加芯片長度導(dǎo)體，其中水平導(dǎo)體可以連接到垂直導(dǎo)體并且水平導(dǎo)體連接到多個本地導(dǎo)體。在美國專利4,870,302、4,758,745、5,260,610以及5,260,611中，邏輯單元的輸入導(dǎo)體具有與所述本地導(dǎo)體組的全部連接(例如對于n輸入和k本地導(dǎo)體，具有n×k個開關(guān)將輸入連接到本地導(dǎo)體。還可以使用多路復(fù)用器(MUX)方法以減少晶體管數(shù)量)。在美國專利4,870,302、4,758,745、5,260,610以及5,260,611中，所有的互連資源被限制為一種或者兩種不同的長度(即美國專利4,870,302中的單長度，美國專利5,260,610和5,260,611中的本地和芯片長度)或者限制為一維(即美國專利4,758,745中水平方向上的不同長度，美國專利5,260,610和5,260,611中的垂直方向上的本地長度)。
Camarota等人在美國專利5,144,166中以及Kean在美國專利5,469,003中介紹了在二維中通過超過兩種的不同長度的連接方法，但是限制了導(dǎo)體的范圍。美國專利5,144,166允許各個線路選擇性的通過超過一個的可能的驅(qū)動源進行驅(qū)動，但是美國專利5,469,003由于各個線路硬連接到MUX輸出而受限于單方向。在美國專利5,144,166和5,469,003中提供的連接性非常低，因為每個連接是相鄰或者相對本地的，或者邏輯單元自身可以作為互連資源而不是執(zhí)行邏輯功能。Ting在美國專利5,457,410、6,507,217、6,051,991、6,597,196中描述了多級架構(gòu)，其中多種長度的導(dǎo)體通過分級的邏輯單元中的開關(guān)進行互連。
Young等人在美國專利2001/0007428和美國專利5,914,616中描述了在二維中具有多種長度(每一維中三種長度)的線路的架構(gòu)，其中對于短的本地連接，使用了近鄰交叉條方法(near cross-bar scheme)，其中一組邏輯單元輸出被多路復(fù)用到減少的一組輸出端口，然后所述輸出端口連接到其他互連資源。較長的線路通常在各維中扇入(fan-in)長度更短的線路。Reddy等人在美國專利6,417,694中公開了另一種架構(gòu)，其中使用了超區(qū)域間、區(qū)域間以及本地的導(dǎo)體。在最低層對本地線路使用交叉條方法(使用MUX)從而能夠?qū)壿嬙妮斎脒M行通用訪問。Reddy等人在美國專利5,883,526中公開了在本地交叉條中具有電路縮減技術(shù)的各種方法。
在分級電路的底層，通常使用具有四個輸入的查找表(LUT)邏輯單元。使用LUT作為底層邏輯單元有兩個優(yōu)點。一個優(yōu)點是電路允許對任何四個輸入、一個輸出的布爾函數(shù)進行可編程控制。另一個優(yōu)點是四個輸入可以互換并且邏輯等效。因此不管哪個信號連接到LUT的哪個輸入引腳，只要四個信號連接到LUT的四個輸入，LUT均能正常工作。
在所有的可編程邏輯電路中需要解決的一個共同問題是互連接性，即如何將傳送信號的第一組導(dǎo)體連接到多組導(dǎo)體以接收這些信號，其中發(fā)出所述信號的邏輯單元和接收所述信號的邏輯單元分布在集成電路中的廣泛區(qū)域中(即M個邏輯單元的M個輸出，其中各個輸出連接到多個邏輯單元的輸入)。一種高度理想化但是在很多情況下并不現(xiàn)實的解決方案是使用交叉條開關(guān)，其中第一組中的各個導(dǎo)體可以通過開關(guān)直接連接到多組導(dǎo)體中的各個導(dǎo)體。現(xiàn)有解決方案在某種程度上試圖將連接性問題使用逐個擊破的辦法劃分為多個子塊，其中本地的邏輯單元群互相連接并且通過本地連接的延伸或者使用更長距離的連接而延伸到其他的邏輯單元群。這些現(xiàn)有的互連方法很特別并且在很大程度上是基于經(jīng)驗的。理想的連接模型或者互連架構(gòu)應(yīng)當確保完全的可連接性，使得大量的輸入和輸出在任何時候在大部分電路上(通過可編程互連導(dǎo)體)連接到多組導(dǎo)體。
需要復(fù)雜的軟件跟蹤互連資源，同時在使用可編程邏輯電路實現(xiàn)定制設(shè)計的布局布線階段需要使用算法改善互連接性。因此，需要一種新的可編程邏輯電路的互連方法，其中在更全局的范圍內(nèi)可以確保連接性或者互連性，同時互連的成本保持很低，因為所需要的開關(guān)和實現(xiàn)定制設(shè)計時確定布局布線的軟件復(fù)雜性得以簡化。


本發(fā)明的目標、特征和優(yōu)點通過下面的詳細描述是顯見的，其中圖1顯示了使用可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)(SN)的具有四個四輸入的邏輯單元和兩個雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的電路的實施例；圖2顯示了使用具有十一個M導(dǎo)體訪問四組、每組四個N導(dǎo)體的0級(stage-0)可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)(0-SN)的電路的一個實施例；圖3顯示了使用兩個0級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)的電路的一個實施例，其中各個0-SN使用五個M導(dǎo)體訪問四組、每組兩個N導(dǎo)體；圖4顯示了使用1級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)(1-SN)的電路的一個實施例，其中十一個M導(dǎo)體通過N組四個中介導(dǎo)體訪問四組、每組四個N導(dǎo)體；圖5顯示了使用1級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)的電路的一個實施例，其中十二個M導(dǎo)體通過更少的中介導(dǎo)體訪問四組、每組四個N導(dǎo)體；圖6顯示了使用1級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)的電路的一個實施例，其中十二個M導(dǎo)體通過更強的可連接性訪問四組、每組四個N導(dǎo)體；圖7顯示了具有更少開關(guān)的縮減的1級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)的一個實施例；圖8顯示了更大尺寸的1級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)的一個實施例；圖9顯示了具有十六個M導(dǎo)體的1級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)的一個實施例；圖10為顯示2級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)(2-SN)和具有四個圖1所示的邏輯電路的電路的一個實施例的結(jié)構(gòu)圖，其中所述各個邏輯電路使用圖9所示的可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)；圖11A顯示了圖10所示的2級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)的實施例的結(jié)構(gòu)圖；圖11B顯示了圖11A所示的2級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)的第一部分的一個實施例；以及圖12顯示了實現(xiàn)圖11A所示的2-SN的第二部分的1級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)的一個實施例。
具體實施例方式
首先描述了一種新型的可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)(SN)，其中使用開關(guān)并且包括中介的導(dǎo)體級將第一組導(dǎo)體連接到多組導(dǎo)體，其中所述第一組導(dǎo)體中的各個導(dǎo)體能夠通過SN連接到所述多組導(dǎo)體中的各個導(dǎo)體。所述可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用廣泛，不管在單級或者多級分層中使用均能提供在開關(guān)、路由器以及可編程邏輯電路中使用的大型交換網(wǎng)絡(luò)?？蓴U展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)被用于通過所述SN將第一組導(dǎo)體連接到多組導(dǎo)體，其中所述多組導(dǎo)體中的各個導(dǎo)體為等價或者可互換的，例如，所述多組導(dǎo)體中的一組導(dǎo)體為邏輯單元的輸入(可以為LUT的輸入或者分級的邏輯單元的輸入)。本發(fā)明的可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)允許所述第一組導(dǎo)體的任何子集通過所述SN連接到第二多組導(dǎo)體中的導(dǎo)體，從而所述子集中的各個導(dǎo)體可以連接到所述多組導(dǎo)體中各組的各個導(dǎo)體。
在下面的描述中，給出了大量特定細節(jié)以進行解釋，從而提供對本發(fā)明的全面的理解。顯然，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明的實施例可以實施為不具有這些特定細節(jié)。在其他實施例中，公知的結(jié)構(gòu)和電路以結(jié)構(gòu)圖形式顯示以避免對本發(fā)明的不必要的模糊。為了進行描述，除非特別說明，術(shù)語程序控制開關(guān)和開關(guān)在本說明書中是可以互換的；術(shù)語程序配置的邏輯單元、邏輯單元、單元、查找表(LUT)、可編程邏輯單元在本說明書中是可以互換的；術(shù)語導(dǎo)體、信號、引腳、端口、線路在本說明書中是可以互換的。還應(yīng)當注意，本發(fā)明描述了使用程序控制設(shè)備以設(shè)置所使用的開關(guān)的狀態(tài)的實施例，所述控制設(shè)備可以為一次性的，例如熔絲/反熔絲(fuse/anti-fuse)技術(shù)，或者可重復(fù)編程的，例如SRAM(易失的)，F(xiàn)LASH(非易失的)，鐵電材料(Ferro-electric)(非易失的)等等。因此本發(fā)明適合于各種工藝，包括但不限于靜態(tài)隨機訪問存儲器(SRAM)，動態(tài)隨機訪問存儲器(DRAM)，熔絲/反熔絲，可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)，電擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)例如FLASH，以及鐵電材料工藝。
在此描述的可編程邏輯電路中采用的可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)的概念可以被一般性的應(yīng)用以允許多個導(dǎo)體與多組導(dǎo)體之間非限制性的連接，只要所需連接沒有超過可用的導(dǎo)體數(shù)量。
當程序控制的開關(guān)被用于對導(dǎo)體進行互連時，驅(qū)動器電路可以耦合到所述開關(guān)以提高信號通過這些導(dǎo)體的速度。并且，如果多個導(dǎo)體(信號)通過程序控制開關(guān)扇入到一個導(dǎo)體，則可以在需要時根據(jù)所使用的工藝技術(shù)使用MUX方法以減少導(dǎo)體負荷或者減小電路尺寸或者二者兼有。在使用MUX的情況下，多個開關(guān)被轉(zhuǎn)換為新的開關(guān)機制，其中有效狀態(tài)的數(shù)量與開關(guān)數(shù)量相同，通過選擇特定狀態(tài)(在使用多個開關(guān)時對應(yīng)于特定開關(guān))以連接兩個導(dǎo)體，并且所述狀態(tài)通過可編程控制而確定。
描述了各種類型的可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)，包括但不限于0級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)(0-SN)，1級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)(1-SN)，2級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)(2-SN)，以及對多級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)的擴展，使用分級的可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)為可編程邏輯電路提供互連接性。
圖1顯示了包含可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)200并且包含k個四輸入邏輯單元(在此實施例中k＝4)10、20、30和40以及兩個雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器50和60的群(CLST4)電路100的實施例。各個邏輯單元10-40中，單元10具有四個輸入101-104(N0
)，單元20具有四個輸入105-108(N1
)，單元30具有四個輸入109-112(N2
)，以及單元40具有四個輸入113-116(N3
)，四個導(dǎo)體121-124分別作為單元10-40的四個輸出。開關(guān)151-156和159、160用于控制邏輯單元輸出驅(qū)動雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器還是邏輯單元直接輸出到電路100的輸出125-128。雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器50、60使用開關(guān)157、158、161和162輸出到電路100的輸出125-128。并且，導(dǎo)體131可以通過開關(guān)141驅(qū)動單元10的導(dǎo)體101并且通過開關(guān)142驅(qū)動單元20的導(dǎo)體105。類似的，導(dǎo)體132可以分別通過開關(guān)143和144驅(qū)動單元30和40。單元20可以通過輸出122使用對導(dǎo)體133的開關(guān)145而驅(qū)動相鄰的CLST4電路(圖1中未顯示)。單元40的輸出124通過圖1中的開關(guān)146驅(qū)動導(dǎo)體134。三個其他信號135-137分別作為SET、CLOCK和CLEAR控制雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。并且，圖1具有(X+1)個導(dǎo)體180(M
)，使用交換網(wǎng)絡(luò)MTX200扇入以驅(qū)動十六個輸入101-116。導(dǎo)體M
180稱為M導(dǎo)體，其中M等于圖1中的實施例中導(dǎo)體的數(shù)量(X+1)。對于i＝
的輸入導(dǎo)體Ni
101-116稱為Ni導(dǎo)體，其中Ni等于圖1中的實施例中的輸入數(shù)量(等于四)。作為示例，圖1中顯示了Ni＝N＝4?？商鎿Q的，各個Ni可以具有不同的大小而不會改變在此描述的連接特性。
在圖2顯示的實施例中，圖1中的MTX200表示為0級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)(0-SN)300；各個N導(dǎo)體101-116可以連接到M導(dǎo)體的(M-N+1)導(dǎo)體(例如圖1中的導(dǎo)體180)201-211(M
)，因此圖2所示的導(dǎo)體101-116的各個輸入導(dǎo)體的開關(guān)數(shù)量對于圖2中的0-SN300為(M-N+1)＝8。交換網(wǎng)絡(luò)0-SN300允許M導(dǎo)體201-211的任何子集使用300的開關(guān)驅(qū)動各個邏輯單元10-40中的一個輸入導(dǎo)體而沒有任何阻斷，只要連接數(shù)量沒有超過可用互連資源數(shù)量(即驅(qū)動任何邏輯單元的輸入的M導(dǎo)體的數(shù)量不能超過邏輯單元的輸入數(shù)量)。圖2中的方法相對于交叉條連接是一種改進，其中代替包含M×(k×N)＝11×(4×4)＝176個開關(guān)的完全的開關(guān)陣列，開關(guān)的數(shù)量為(M-N+1)×(k×N)＝128。圖2中的0-SN300允許上述連接性，其中假定各個邏輯單元的四個輸入可以互換或者邏輯等價(即圖1中單元10的導(dǎo)體101-104為等價或者可互換的)，從而在連接需求為將特定M導(dǎo)體連接到給定邏輯單元時僅需要將特定M導(dǎo)體(即M[4]導(dǎo)體205)連接到給定邏輯單元的任何輸入引腳(即圖1中單元10的導(dǎo)體101-104中使用開關(guān)222的導(dǎo)體101)。
根據(jù)可編程電路中使用的技術(shù)，可以實現(xiàn)一定的面積最小化。例如，當使用具有六個晶體管的SRAM存儲器單元對各個使用通過閘(passgate)實現(xiàn)的開關(guān)進行程序控制時，圖2中每個輸入線路101的八個開關(guān)221-228需要五十六個晶體管。相反的，可以使用具有三個存儲比特的八個輸入MUX以控制八個狀態(tài)，從而有效替代八個SRAM比特和八個開關(guān)。在MUX方法中，三個比特、十四個通過閘(passgate)以及可能的一個取反器(用于重新產(chǎn)生信號)使用三十四個晶體管，這相對于將八個SRAM存儲器單元作為各個開關(guān)的程序控制中使用的五十六個晶體管有大幅減少。使用MUX實現(xiàn)可以減少導(dǎo)體101上的負荷，但是八對一的MUX會產(chǎn)生附加延遲。
在圖3所示的實施例中，圖1中的MTX200通過使用兩個0級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)330和320而表示，所述網(wǎng)絡(luò)具有M＝Ma+Mb＝10個導(dǎo)體301-310，包含子組Ma＝[A0-A4]＝5個導(dǎo)體301-305和Mb＝[B0-B4]＝5個導(dǎo)體306-310。對于四個邏輯單元中的每一個的上部的兩個輸入導(dǎo)體(對于單元10包含導(dǎo)體101-102，對于單元20包含導(dǎo)體105-106，對于單元30為導(dǎo)體109-110以及對于單元40為導(dǎo)體113-114)各個Na＝2，并且對于k＝4個邏輯單元中的每一個的下部的兩個輸入導(dǎo)體(對于單元10包含導(dǎo)體103-104，對于單元20包含導(dǎo)體107-108，對于單元30為導(dǎo)體111-112以及對于單元40為導(dǎo)體115-116)Nb＝2。對于圖3中的全尺寸的0級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)，每個輸入導(dǎo)體具有(M-N+1)＝10-4+1＝7個程序控制的開關(guān)。相反的，在圖3中的實施例中，輸入開關(guān)的數(shù)量僅為四個，因為單獨的Ma個導(dǎo)體和Mb個導(dǎo)體(Ma＝Mb＝5)，并且數(shù)量N為拆分為兩部分(Na＝Nb＝2)。這樣，網(wǎng)絡(luò)330中每個輸入導(dǎo)體的程序控制開關(guān)的數(shù)量為Ma-Na+1＝5-2+1＝4并且網(wǎng)絡(luò)320中每個輸入導(dǎo)體使用的程序控制開關(guān)為Mb-Nb+1＝4個。使用網(wǎng)絡(luò)330連接到四個邏輯單元的上部兩個輸入的Ma導(dǎo)體301-305保持了圖2所示的連接性(同樣的，對于使用網(wǎng)絡(luò)320連接到四個邏輯單元的下部兩個輸入的Mb導(dǎo)體306-310也類似)，但是不能任意使用[A0-A4]、[B0-B4]扇入到四個邏輯單元。這種約束防止了通過圖3中的兩個0-SN320和330將任意指定的M導(dǎo)體連接到N導(dǎo)體。然而，0級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)320和330可以為提供可編程邏輯電路的良好連接性的經(jīng)濟實現(xiàn)，同時在記錄并且跟蹤所允許的M導(dǎo)體的使用時的軟件耗費比圖2中的方法更復(fù)雜。圖3允許十個中的至少八個M導(dǎo)體任意連接到四個邏輯單元的輸入，其中各個導(dǎo)體使用網(wǎng)絡(luò)320和330連接到四個邏輯單元中每一個的一個輸入。此處的約束為十個導(dǎo)體不能如同圖2中一樣的任意分配。
在本發(fā)明的實施例中，第一組導(dǎo)體使用交換網(wǎng)絡(luò)連接到多組等價導(dǎo)體。因此提出了0-SN，其中具有(M-N+1)×N×k個開關(guān)用于提供第一組M個導(dǎo)體與k組、每組N個導(dǎo)體之間的無限制的連接，其中M導(dǎo)體的任何子集可以通過0-SN連接到k組、每組N個導(dǎo)體中任何一組的一個導(dǎo)體而沒有任何阻斷。
圖4顯示了可替換的實施例方法，其中所述交換網(wǎng)絡(luò)中使用的開關(guān)數(shù)量可以很大程度的減少而不改變0-SN的連接性。在圖4所示的實施例中，圖1中的MTX200通過使用1級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)(1-SN)而表示。1-SN400使用1-SN400的兩個開關(guān)以及一個中介導(dǎo)體將導(dǎo)體401-411中的M導(dǎo)體連接到導(dǎo)體101-116中的N導(dǎo)體。圖4中的1-SN400通過首先經(jīng)開關(guān)437連接到中介導(dǎo)體454然后經(jīng)子網(wǎng)絡(luò)450中的開關(guān)441連接到N導(dǎo)體109而將M導(dǎo)體407(M[6])連接到N導(dǎo)體109，而不是通過圖2中的使用了128個開關(guān)的網(wǎng)絡(luò)300將M導(dǎo)體201-211直接連接到k組N導(dǎo)體101-116。類似的，可以分別通過開關(guān)442、443和444經(jīng)相同的中介導(dǎo)體454將相同的M導(dǎo)體407連接到N導(dǎo)體101、105和113。圖4中的1-SN400具有九十六個開關(guān)，這與圖2中的0-SN300相比開光數(shù)量減少了25％。可以通過建立具有中介級互連的可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)而減少0-SN中所需的開關(guān)數(shù)量，在所述中介級互連中，各個M導(dǎo)體可以任意連接到k組N導(dǎo)體中任一組的導(dǎo)體。所述可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)導(dǎo)體連接到k組N導(dǎo)體中各組中的超過一個的導(dǎo)體，然而，在邏輯上并不需要連接到各組N導(dǎo)體中超過一個的導(dǎo)體。
圖4顯示了具有N組中介導(dǎo)體Ii(i＝[1-N])的1-SN400，其中有十一個M導(dǎo)體401-411，四組N導(dǎo)體，101-104，105-108，109-112以及113-116，并且k為4。第一組中介導(dǎo)體I1例如為與各個N導(dǎo)體的第一輸入導(dǎo)體101、105、109和113關(guān)聯(lián)的四個導(dǎo)體451-454，類似的，導(dǎo)體461-464為與導(dǎo)體104、108、112和116關(guān)聯(lián)的I4導(dǎo)體。0-SN中N導(dǎo)體中各個導(dǎo)體的(M-N+1)個開關(guān)分布在圖4中對應(yīng)的Ii導(dǎo)體中。例如，耦合M導(dǎo)體401-408的八個開關(guān)431-438分布到I1導(dǎo)體451-454，其中各個I1導(dǎo)體耦合到[(M-N+1)/I1]個開關(guān)(即兩個)。在圖4中的示例中，各個Ii導(dǎo)體中的中介導(dǎo)體的數(shù)量為四個。通常的，不同的Ii不需要為相同數(shù)量(如下所述)。圖4中的1-SN400具有[(M-N+1)×N+sumi＝[1-N](Ii×k)]＝32+64＝96個開關(guān)，其中Ii為N組Ii中介導(dǎo)體中各組的中介導(dǎo)體數(shù)量。圖4中的1-SN400允許與圖2中的各個0-SN300相同的連接性，通過1-SN400中的兩個開關(guān)和一個中介導(dǎo)體將M導(dǎo)體中的任何導(dǎo)體連接到k組N導(dǎo)體中各組中的一個導(dǎo)體。
在圖4中的1-SN400中，M導(dǎo)體的任何N元組具有適當?shù)拈_關(guān)選擇以連接到不同的N組Ii導(dǎo)體。例如，導(dǎo)體401、404、405以及410為M導(dǎo)體的四元組(N＝4)，其中導(dǎo)體401通過開關(guān)431連接到(I1導(dǎo)體的)導(dǎo)體451；導(dǎo)體404通過開關(guān)446連接到(I2導(dǎo)體的)導(dǎo)體466；導(dǎo)體405通過開關(guān)447連接到(I3導(dǎo)體的)導(dǎo)體467；以及導(dǎo)體410通過開關(guān)427連接到(I4導(dǎo)體的)導(dǎo)體464；M導(dǎo)體的N元組的任何子集具有連接到中介導(dǎo)體的相同特性。并且，Ii導(dǎo)體中的各個中介導(dǎo)體可以連接到k組N導(dǎo)體中各組中的一個N導(dǎo)體。例如，導(dǎo)體451-454中的任何一個導(dǎo)體可以通過子網(wǎng)絡(luò)450中的開關(guān)連接到導(dǎo)體101、105、109和113。類似的，導(dǎo)體461-464中的任何導(dǎo)體可以通過子網(wǎng)絡(luò)420中的開關(guān)連接到導(dǎo)體104、108、112和116。
圖5顯示了表示圖1中表示的MTX200的1-SN的可替換實施例。在1-SN500中，具有十二個M導(dǎo)體501-512，四組N導(dǎo)體101-116，以及N組中介I1導(dǎo)體521-523，I2導(dǎo)體524-526，I3導(dǎo)體527-529，以及I4導(dǎo)體530-532，其中M＝I1+I2+I3+I4或者Ii＝M/N＝3。圖5中開關(guān)的數(shù)量為[(M-N+1)×N+sumi＝[1-N](Ii×k)]＝36+48＝84。對應(yīng)的0-SN具有144個開關(guān)并且交叉條具有192個開關(guān)。圖5中的1-SN500的連接性與先前參考圖4中的1-SN400討論的相同，但是具有更少的中介導(dǎo)體和開關(guān)。
圖4和圖5中的示例具有通過圖4中的子網(wǎng)絡(luò)450中的開關(guān)和圖5中的子網(wǎng)絡(luò)540中的開關(guān)分別連接到作為圖1中的四個邏輯單元10-40的第一輸入的導(dǎo)體101、105、109、113的第一組中介I1導(dǎo)體(圖4中的導(dǎo)體451-454和圖5中的導(dǎo)體521-523)。同樣有效的一個可替換實施例是將各組Ii導(dǎo)體連接到四個邏輯單元中各個單元的任何一個導(dǎo)體(而不是第i個)，只要該示例中的特定邏輯單元的四個輸入被不同組的Ii導(dǎo)體所覆蓋。
圖6顯示了不同版本的1級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)的一個實施例，具有比圖5中的1-SN500更強的連接性。在需要更多開關(guān)的同時，1-SN600中的十二個M導(dǎo)體601-612(M
-M[11])可以連接到N組Ii中介導(dǎo)體621-623，624-626，627-629，630-632中各組中的所有導(dǎo)體。這與圖4和圖5中耦合到M個導(dǎo)體中的(M-N+1)個導(dǎo)體形成對比。在1-SN600中，導(dǎo)體601-612可以通過子網(wǎng)絡(luò)620中的開關(guān)連接到I1導(dǎo)體621-623。導(dǎo)體601-612可以通過子網(wǎng)絡(luò)640中的開關(guān)連接到I2導(dǎo)體624-626。導(dǎo)體601-612可以通過子網(wǎng)絡(luò)650中的開關(guān)連接到I3導(dǎo)體627-629。導(dǎo)體601-612可以通過子網(wǎng)絡(luò)660中的開關(guān)連接到I4導(dǎo)體630-632。圖6中的十二個M導(dǎo)體601-612具有比圖5中的1-SN500更強的連接性，其中可以程序選擇M/Ii導(dǎo)體中的一個導(dǎo)體連接到任何k組中的特定N個導(dǎo)體。作為示例，在圖6的實施例中，(M導(dǎo)體中的)任何N元組導(dǎo)體601-604，605-608，609-612可以使用1-SN連接到四組(k＝4)N導(dǎo)體中各組中的任何特定輸入導(dǎo)體，但是各個四元組中的導(dǎo)體互相排斥于特定輸入導(dǎo)體。圖6中的1-SN600中所需的開關(guān)數(shù)量為[M×N+sumi＝[1-N](Ii×k)]＝48+48＝96個開關(guān)。
就所需開關(guān)而言，在圖5中的情況下0-SN和1-SN之間的差別在于[(M-N+1)×N×k]和[(M-N+1)×N+sumi＝[1-N](Ii×k)]之間的差別，其中M導(dǎo)體中的(M-N+1)個導(dǎo)體可以通過1-SN連接到N組Ii導(dǎo)體中各組中的Ii導(dǎo)體。就所需開關(guān)而言，在圖6中的情況下0-SN和1-SN之間的差別在于[M×N×k]和[M×N+sumi＝[1-N](Ii×k)]之間的差別。如果我們簡化為各個Ii＝k，則M在圖5中的情況下至少為[k+N+1/(k-1)]并且M至少為[k+1+1/(k-1)]，值得注意的是，圖5中的方法在M小于上述數(shù)量時仍然可以應(yīng)用。并且，為了應(yīng)用1-SN方案，各個中介導(dǎo)體的開關(guān)數(shù)量[(M-N+1)/Ii]不能超過N從而不至于失去SN的非阻斷特性。數(shù)量[(M-N+1)/Ii]可以不為整數(shù)，在此情況下，使用對數(shù)量(M-N+1)/Ii進行舍入的整數(shù)Pi，其中sumi＝[1-N]Pi＝(M-N+1)。類似的，在圖6中的情況下，使用M替代(M-N+1)，從而Pi為(M/Ii)的舍入整數(shù)，其中sumi＝[1-N]Pi＝M。而且，在圖4和圖5中的示例中，中介導(dǎo)體的數(shù)量sumi＝[1-N]Ii被限制為至少為M并且如果k×N大于M，則sumi＝[1-N]Ii可以為M或者k×N或者其間的某個數(shù)。其中各個單獨的Ii限制為M/N、k或者其間的某個數(shù)，并且由于M/N可能不是整數(shù)，Ii為M/N的舍入整數(shù)，因此可以看到，各個Ii可能在所有i(i＝[1-N])上并不是相同的。
在圖7所示的實施例中，圖6中實施例中的開關(guān)數(shù)量被減少的同時對1-SN的連接性沒有顯著改變。圖7表示了如下減少，其中圖6中的導(dǎo)體601縮短為到導(dǎo)體621，導(dǎo)體602縮短為到導(dǎo)體624，導(dǎo)體603縮短為到導(dǎo)體627，導(dǎo)體604縮短為到導(dǎo)體630。其中圖6中的子網(wǎng)絡(luò)670中的十六個開關(guān)被去除并且圖7中開關(guān)的數(shù)量為八十個而不是圖6中的九十六個。圖7中的1-SN700除去子網(wǎng)絡(luò)710、720、730以及740之外具有M個導(dǎo)體605-612，具有與圖6中所示的1-SN 600一樣強的連接性，并且為M＝8的1-SN?？梢赃M一步減少開關(guān)數(shù)量，例如通過將更多的M導(dǎo)體縮短為到中介導(dǎo)體，但是連接性會較大幅度的降低并且確定連接圖案的軟件耗費會變得更加復(fù)雜。
圖8顯示了M＝48、k＝4、N＝16和Ii＝3(i＝[1-16])的1-SN的實施例。由于在1-SN800中具有720個開關(guān)，0-SN需要2112個開關(guān)并且交叉條需要3072個開關(guān)。N組(N＝16)Ii中介導(dǎo)體中的各組例如I16具有三個導(dǎo)體(在子網(wǎng)絡(luò)810內(nèi))，其中I16導(dǎo)體耦合到圖8中的(M-N+1)＝33個M導(dǎo)體，各個中介導(dǎo)體通過子網(wǎng)絡(luò)811中的十一個開關(guān)耦合到十一個M導(dǎo)體。通過在連接路徑中引入中介導(dǎo)體和附加開關(guān)，與0-SN相比，1-SN800很大程度上減少了所需開關(guān)的數(shù)量。
在各個實施例中，使用了M小于k×N的示例，并且M導(dǎo)體為傳送扇入信號的導(dǎo)體，而k組N導(dǎo)體為接收這些扇入信號的導(dǎo)體。然而這并非一定的情況?？梢蕴峁㎝大于k×N的SN?？商鎿Q的，例如可以將圖6中的導(dǎo)體101-104、105-108、109-112和113-116認為是四個邏輯單元群的十六個輸出，并且使用1-SN以將輸出從十六個減少到十二個，其中可以使用1-SN選擇十六個輸出中的十二個輸出的任何子集。并且，各個附圖中的導(dǎo)體101-104、105-108、109-112和113-116不一定為邏輯單元的輸入或者輸出，而是可以為多個等價導(dǎo)體，其中與多個等價導(dǎo)體的任何一個導(dǎo)體的連接是充分的，而不是與多個等價導(dǎo)體中的特定導(dǎo)體的連接。
在設(shè)計可編程邏輯電路的互連架構(gòu)時，基于工程的權(quán)衡取舍例如電路尺寸、布局布線定制特定的設(shè)計的軟件的速度和簡易度而提供合理的連接性和足夠的互連資源很重要。M導(dǎo)體和k組N導(dǎo)體之間的比率為R，即R＝M/(k×N)。如果R過小，則連接性相對于更大的R更加受限。例如在圖6的電路中，R＝0.75。在使用可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建分級電路時我們稱R為擴張指數(shù)。在使用可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)計可編程邏輯電路時通常使用的擴張指數(shù)在0.5和1.0之間，并且R的選擇依賴于工程設(shè)計的權(quán)衡取舍(即邏輯利用、電路面積最小化、布局布線軟件的復(fù)雜度等等)以及所使用的技術(shù)(例如SRAM，反熔絲等)等因素。某些時候在電路局部超過所述范圍是優(yōu)選的，例如在使用SN將大量輸出減少到更少數(shù)量的輸出減少的情況下。
先前的討論涉及使用可以用于構(gòu)建分級電路以互連可編程邏輯單元的0-SN和1-SN，其中分級中的各個級別包含若干可編程邏輯電路，具有相關(guān)聯(lián)的0-SN和/或1-SN以使用各種可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)連接到電路中的各種導(dǎo)體。前述方法允許在電路分級的任意級別使用0-SN和1-SN連接到任意信號以實現(xiàn)分級內(nèi)的任何邏輯單元的輸入，只要存在可用的互連資源和邏輯容量。
下面討論使用1級和2級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)分級構(gòu)建可編程邏輯電路的方法。圖9顯示了圖1中的CLST4電路100中的MTX電路200的一個實施例，使用了1級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)，其中具有十六個M導(dǎo)體901-916，四組N導(dǎo)體101-104，105-108，109-112，113-116，其中N＝4，以及N組Ii導(dǎo)體931-934，935-938，939-942，943-946，i＝[1-N]，其中Ii＝M/N＝4。在圖9的實施例中擴張指數(shù)為1.0。
通過使用圖9中的1-SN900構(gòu)建可編程電路，M導(dǎo)體901-916的任何子集可以通過1-SN900單獨連接到k組N導(dǎo)體中各組中的一個導(dǎo)體。然后這些M導(dǎo)體自身變得邏輯等效。對于任何從圖1中的CLST4電路100外的某處發(fā)出的連接到圖1中的四個邏輯單元10-40中的四個輸入(一個來自導(dǎo)體101-104，一個來自導(dǎo)體105-108，一個來自導(dǎo)體109-112，一個來自導(dǎo)體113-116)的信號，僅需要連接到M導(dǎo)體中的一個導(dǎo)體。因此，這些M導(dǎo)體901-916可以分級處理為N個導(dǎo)體(其中N＝16)，其中多個新的k組所述新的N個導(dǎo)體中的每一組具有包含四個邏輯單元和兩個雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器以及1-SN的電路，通過新的交換網(wǎng)絡(luò)例如SN選擇性的通過新的M導(dǎo)體組連接。該過程將重復(fù)直到達到所需電路尺寸，同時所需電路允許如上所述的無限制的連接性。
圖10顯示了使用圖1中的四組CLST4100(圖10中的CLST41010，CLST41020，CLST4 1030，CLST4 1040)的CLST16分級電路1000的下一級的實施例結(jié)構(gòu)圖，其中使用圖9中的1-SN900和電路MTX161050的2級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)電路MTX200，所述2級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)具有六十四個M導(dǎo)體，其中包含四十八個導(dǎo)體1055(M
)和十六個導(dǎo)體1056(OW
，OE
)以及四組N導(dǎo)體1060、1070、1080、1090，其中各個N導(dǎo)體具有對應(yīng)于圖9中的十六個M導(dǎo)體901-916的十六個導(dǎo)體。在圖10中，六十四個M導(dǎo)體1055和1056中的十六個導(dǎo)體1056直接連接到四個CLST4 100電路1010、1020、1030、1040的四個輸出1065、1075、1085、1095。十六個導(dǎo)體1056(OW
，OE
)具有四組、每組四個導(dǎo)體，四個導(dǎo)體中的每個導(dǎo)體對應(yīng)于圖1中的CLST4電路100的四個輸出125-128(0
)。擴張指數(shù)R在電路1000中同樣為1.0。
圖11A中顯示了在分級電路的下一級中使用可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)將大量導(dǎo)體連接到多組導(dǎo)體。圖11A以結(jié)構(gòu)圖形式顯示了圖10中的電路MTX161050的實施例，其中六十四個M導(dǎo)體1101(M
，OW
，OE
)對應(yīng)于圖10中的導(dǎo)體1055和1056。中介導(dǎo)體的第一級包括N0(其中N0＝4)組的十六個I0i導(dǎo)體(其中I0i＝M/N0＝16，對于i＝[1-N0])1150、1160、1170和1180。M導(dǎo)體1101使用子網(wǎng)絡(luò)1110、1120、1130和1140中的開關(guān)連接到第一個四組中介級I0i導(dǎo)體1150、1160、1170、1180。圖11B顯示了通過子網(wǎng)絡(luò)1120將導(dǎo)體1101連接到導(dǎo)體1160的方法。通過子網(wǎng)絡(luò)1110將導(dǎo)體1101連接到導(dǎo)體1150、通過子網(wǎng)絡(luò)1130連接到導(dǎo)體1170、通過子網(wǎng)絡(luò)1140連接到導(dǎo)體1180的連接方法與圖11B中的子網(wǎng)絡(luò)1120的連接方法相同。該實施例中在M導(dǎo)體1101和四組第一級中介導(dǎo)體1150、1160、1170、1180之間使用的開關(guān)數(shù)量為M×N0＝256。如同參考圖5所述，可替換實施為具有(M-N0+1)×N0個開關(guān)。
圖12顯示了電路TA1 1165的實施例，其中導(dǎo)體1160為第二個N0組的I0i導(dǎo)體，其中i＝2并且I0i＝16。中介導(dǎo)體1201-1216(對應(yīng)于圖11A中的導(dǎo)體1160)連接到十六個導(dǎo)體1241-1256(對應(yīng)于圖11A中的導(dǎo)體1161-1164)。圖11A的子網(wǎng)絡(luò)1155、1175、1185與子網(wǎng)絡(luò)1165的電路相同，分別將導(dǎo)體1150、1170、1180連接到圖11A中的導(dǎo)體1151-1154，1171-1174，1181-1184。
在圖12中，電路TA1為圖11A中的1-SN1165，其中M導(dǎo)體1201-1216為圖11A中的十六個中介I02導(dǎo)體1160(I1_1
)。十六個中介導(dǎo)體1221-1236包括N1(＝4)組I12j(I12j＝M/N1＝4)導(dǎo)體(i＝2，j＝[1-N1])導(dǎo)體1221-1224、1225-1228、1229-1232、1233-1236。I12j導(dǎo)體分別連接到四組目標導(dǎo)體1241-1244，1245-1248，1249-1252，1253-1256(j＝[1-N1])。圖12中的1-SN1165使用與圖9相同的1-SN900。然而，1-SN1165為圖11A中的二級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)(2-SN)1050的第二部分中的四個子網(wǎng)絡(luò)(子網(wǎng)絡(luò)1155、1165、1175、1185)中的一個，其中2-SN中的導(dǎo)體1151-1154、1161-1164、1171-1174、1181-1184分別為圖10中的CLST4電路1010、1020、1030、1040中的M導(dǎo)體1060、1070、1080、1090。CLST4電路1010、1020、1030、1040中的每一個對應(yīng)于圖1中的CLST4電路100以及圖9中的1-SN900。
圖12中的TA1電路1165選擇性的將導(dǎo)體1201-1216連接到導(dǎo)體1241-1256。1241、1245、1249、1253為對應(yīng)于圖10中的CLST41010的十六個M導(dǎo)體1060中的四個導(dǎo)體(C0
中的C0[4-7])的圖11A中的導(dǎo)體1161(N0[4-7])。類似的，導(dǎo)體1242、1246、1250、1254為對應(yīng)于圖10中的CLST41030的十六個M導(dǎo)體1080中的四個導(dǎo)體(C1
中的C1[4-7])的圖11A中的導(dǎo)體1162(N1[4-7])。導(dǎo)體1243、1247、1251、1255為對應(yīng)于圖10中的CLST41020的十六個M導(dǎo)體1070中的四個導(dǎo)體(C2
中的C2[4-7])的圖11A中的導(dǎo)體1163(N2[4-7])。導(dǎo)體1244、1248、1252、1256為對應(yīng)于圖10中的CLST41040的十六個M導(dǎo)體1090中的四個導(dǎo)體(C3
中的C3[4-7])的圖11A中的導(dǎo)體1164(N3[4-7])。
在圖11A中的MTX1050電路的1-SN實現(xiàn)中，M＝64，k＝4，以及N＝16。
在2-SN實現(xiàn)中，各級中介導(dǎo)體組的數(shù)量為N0＝4并且N1＝4，其中乘積N0×N1等于N。使用圖6和圖9中所述的更強連接性的SN的圖10中的2-SN1050中的開關(guān)數(shù)量為M×N0+sumi＝[1-N0][(I0i×N1)+sumj＝[1-N1](I1ij×(I0i/N1))]，其中在網(wǎng)絡(luò)1050中I0i＝M/N0(i＝[1-N0])，并且I1ij＝IOi/N1(i＝[1-N0]，j＝[1-N1])，從而I0i＝16，I1ij＝4，并且1050的2-SN具有768個開關(guān)。1-SN實現(xiàn)需要1280個開關(guān)，并且完全的交叉條開關(guān)需要4096個開關(guān)。在各個I0i導(dǎo)體連接到M導(dǎo)體中的(M-N0+1)個導(dǎo)體而不是M個導(dǎo)體，并且各個I1ij導(dǎo)體連接到I0i導(dǎo)體中的(I0i-N1+1)個導(dǎo)體而不是I0i個導(dǎo)體的情況下，開關(guān)數(shù)量為(M-N0+1)×N0+sumi＝[1-N0][(I0i-N1+1)×N1)+sumj＝[1-N1](I1ij×(I0i/N1))]。在圖10中的情況下，N＝N0×N1，I0i＝M/N0，I1ij＝M/N＝k，從而此情況中的2-SN中的開關(guān)數(shù)量為[M×(N0+N1+k)]。
如前所述，不同SN中的k組N導(dǎo)體中的每組N導(dǎo)體并不需要具有相同大小。SN可以構(gòu)建為不同大小的Ni’，其中使用最大的Ni作為相同大小的新的N，并且可以添加虛擬導(dǎo)體和開關(guān)到更小的Ni使得Ni看上去為N。由于互連規(guī)定中不需要更小的Ni具有大于Ni的連接，SN的連接性沒有改變。例如，與圖1中四組N導(dǎo)體101-104、105-108、109-112、113-116分別作為邏輯單元10-40的輸入不同的是，圖1中的邏輯單元10僅具有三個輸入101-103。在圖6中具有M導(dǎo)體601-612的SN中，圖6中的開關(guān)和中介導(dǎo)體621-632保持不變，除了其中子網(wǎng)絡(luò)680中的三個開關(guān)和導(dǎo)體104為“虛擬”的并且可以從圖6中的SN中移出。
可以使用上述方法構(gòu)建多級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)，例如，圖10中的MTX 1050可以實現(xiàn)為三級可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)，N0＝2，N1＝2，N2＝4，第一中介I0i導(dǎo)體I0i＝M/N0，I1ij＝I0i/N1并且I2ijk＝I1ij/N2(i＝[1-N0]，j＝[1-N1]以及k＝[1-N2])，其中N0×N1×N2＝N＝16為圖10中四個CLST4電路1010、1020、1030、1040中每一個的輸入的數(shù)量。類似的，SN1050可以實現(xiàn)為4級SN，其中N0＝2，N1＝2，N2＝2，N3＝2，四個中介級導(dǎo)體將M個導(dǎo)體連接到N個導(dǎo)體。圖10中的SN1050中的1-SN實現(xiàn)之上的2-SN實現(xiàn)將開關(guān)數(shù)量減少了N×M＝16M和(N0+N1)×M＝(4+4)×M＝8M之間的差值。在3-SN和4-SN中，分別有(N0+N1+N2)＝(2+2+4)＝8以及(N0+N1+N2+N3)＝(2+2+2+2)＝8，相對于(N0+N1)＝(4+4)＝8的2-SN沒有改進。這樣，僅當各級的中介導(dǎo)體組的數(shù)量Ni的累加和小于前一級的多級SN時才有意義。因此，可以看到，對于N＝64，使用N0＝N1＝N2＝4(其中(N0+N1+N2)＝12)的3-SN相對于使用N0＝N1＝8(其中(N0+N1)＝16)的2-SN可以更加有效的減少開關(guān)，在N＝64時2-SN相對于1-SN與上述情況類似。
我們描述了使用可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)的兩種級別的分級電路，其中六十四個M導(dǎo)體通過2-SN以及1-SN扇入連接到十六個四輸入邏輯單元。六十四個M導(dǎo)體中的十六個導(dǎo)體直接連接到四個CLST4電路(圖1中100的125-128)中各個電路的十六個輸出，提供了從任何輸出至所有十六個邏輯單元的無限制的連接。分級電路中的第一級包括圖1中的CLST4電路100，MTX200實現(xiàn)為圖9中的1-SN900，其中如圖1所示，CLST4100具有四個四輸入邏輯單元10-40和兩個雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器50、60。分級電路的下一個更高的第二級為圖10中的CLST16電路1000，具有包含圖10所示的2-SN MTX161050的四個CLST4電路100，其中在圖11A、圖11B以及圖12中顯示了網(wǎng)絡(luò)1050的實現(xiàn)。在CLST161000中，十六個輸出1065、1075、1085、1095(直接連接到導(dǎo)體1056)中的每一個輸出具有與CLST16電路1000中的每個邏輯單元的無限制的連接，并且圖10中的其他48個M導(dǎo)體1055在構(gòu)建下一級分級電路時可以認為是CLST161000中的N導(dǎo)體。對于圖10中的四個CLST4電路1010、1020、1030、1040中的每一個電路中的圖1中CLST4100的十六個輸出125-128可以直接連接到十六個M導(dǎo)體1056，M導(dǎo)體1056的輸出可以進一步通過SN使用CLST16電路1000作為構(gòu)建模塊連接到第三級分級電路，并且其他四十八個M導(dǎo)體為CLST電路1000的等效引腳或者輸入導(dǎo)體，從而在可編程邏輯電路中提供連續(xù)的高連接性。
圖10中的CLST電路1000顯示了將四個1-SN級聯(lián)在一起的2-SN，使用各種SN中的總共1280個開關(guān)將六十四個M導(dǎo)體1055、1056和十六個四輸入邏輯單元組織在四個組1010、1020、1030、1040中。對于圖10中的各組1010-1040，這些SN包括圖10中的SN1050和圖1中的SN200。圖10中的CLST電路1000可以使用圖9所述方法進行可替換實施，其中使用具有六十四個M導(dǎo)體、k組(例如16)N(例如4)導(dǎo)體的1-SN。按照這樣的分析，開關(guān)數(shù)量為M×(N+k)＝1280。在此情況下，所述1-SN實施和圖10中的實施例均具有相同的開關(guān)數(shù)量。
根據(jù)工程考慮確定哪種實施更加合適，例如圖10實施例中的具有更多中介級導(dǎo)體的四輸入MUX實施還是具有十六輸入MUX和更少數(shù)量的中介級導(dǎo)體的1-SN實施更加適合于使用SRAM的技術(shù)，一種方式是否更加適合于布局實施等等。需要注意的是，基于上述分析，優(yōu)選的提供合理大小的通過SN連接的邏輯單元基礎(chǔ)陣列，從而在分級電路的下一級中使用另一個SN連接若干邏輯單元的基礎(chǔ)陣列時耗費的開關(guān)總數(shù)不會超過實現(xiàn)更大的邏輯單元的基礎(chǔ)陣列。在大多數(shù)的可編程邏輯電路中，(具有SN的邏輯單元陣列中的)基礎(chǔ)邏輯單元通常具有三個輸入或者四個輸入，并且通過上述示例顯見，基礎(chǔ)邏輯陣列中的邏輯單元的數(shù)量k不會很小，或者依賴于N的大小，k×N對于SN應(yīng)當為合理大小(例如圖1中的CLST4電路100)以作為互連網(wǎng)絡(luò)有效使用。
使用各種實施例和示例，提供了對構(gòu)建各種可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)的詳細描述，并且通過使用各種組合以提供可編程邏輯電路的輸入和輸出的互連接。基于技術(shù)和工程的考慮，可以使用可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)的變化實施，包括但是并不限于使用MUX減少存儲控制的數(shù)量、減少開關(guān)數(shù)量等等。
權(quán)利要求
1.一種集成電路，所述集成電路包括多個數(shù)量為M的導(dǎo)體；多個k組、每組數(shù)量為N的導(dǎo)體(數(shù)量為k×N的導(dǎo)體)；以及交換網(wǎng)絡(luò)，其中M至少為k+N，其中k至少為2并且N至少為2；其中所述交換網(wǎng)絡(luò)包括多個開關(guān)；多個數(shù)量為I0的導(dǎo)體，包括N0組、每組數(shù)量為I0i的導(dǎo)體(i＝[1-N0])，其中N0至少為2，N至少為N0，I0至少等于M并且當M小于k×N時在M和k×N之間；所述多個數(shù)量為M的導(dǎo)體中的任何兩個導(dǎo)體通過所述多個開關(guān)選擇性的耦合到從至少兩個不同的數(shù)量為I0p的導(dǎo)體和數(shù)量為I0q的導(dǎo)體中(p，q＝[1-N0])選擇的至少兩個不同導(dǎo)體而不需要跨越其他導(dǎo)體；所述至少兩個不同導(dǎo)體中的第一導(dǎo)體通過所述交換網(wǎng)絡(luò)選擇性的耦合到第一組數(shù)量至多為(k×(M/N0))的導(dǎo)體，其中所述第一組數(shù)量至多為(k×(M/N0))的導(dǎo)體最多具有來自所述k組、每組數(shù)量為N的導(dǎo)體中每一組的數(shù)量為(M/N0)的導(dǎo)體；以及所述至少兩個不同導(dǎo)體中的第二導(dǎo)體通過所述交換網(wǎng)絡(luò)選擇性的耦合到第二組數(shù)量至多為(k×(M/N0))的導(dǎo)體，其中所述第二組數(shù)量至多為(k×(M/N0))的導(dǎo)體最多具有來自所述k組、每組數(shù)量為N的導(dǎo)體中每一組的數(shù)量為(M/N0)的與所述第一組數(shù)量至多為(k×(M/N0))的導(dǎo)體不同的導(dǎo)體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述數(shù)量為I0i的導(dǎo)體中的每一個導(dǎo)體選擇性的通過所述交換網(wǎng)絡(luò)耦合數(shù)量為k的導(dǎo)體而不需要跨越其他導(dǎo)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電路，其中所述數(shù)量I0i至多為數(shù)量(k×N/N0)和數(shù)量(M/N0)中的較大者，并且其中所述多個開關(guān)為數(shù)量至少為[(M-N+1)×N+M×k]的開關(guān)并且數(shù)量至多為M×(k+N)的開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電路，其進一步包括數(shù)量為k的可編程邏輯單元，所述數(shù)量為k的可編程邏輯單元中的每一個具有數(shù)量為N的輸入導(dǎo)體，其中所述數(shù)量為k的導(dǎo)體中的每一個對應(yīng)于所述數(shù)量為k的可編程邏輯單元的數(shù)量為N的輸入導(dǎo)體中的一個導(dǎo)體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中M等于R×(k×N)，其中R至少為0.5并且至多為1.0。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其進一步包括多個數(shù)量為I1i的導(dǎo)體，選擇性的耦合所述數(shù)量為I0i的導(dǎo)體，其中所述數(shù)量為I1i的導(dǎo)體包括N1組、每組數(shù)量為I1ij的導(dǎo)體(j＝[1-N1])，其中N1至少為2，其中所述數(shù)量為I0i的導(dǎo)體中的任何兩個導(dǎo)體通過所述多個開關(guān)選擇性的耦合到所述數(shù)量為I1i的導(dǎo)體中的兩個不同導(dǎo)體而不需要跨越其他導(dǎo)體，其中所述兩個不同導(dǎo)體中的第三導(dǎo)體來自數(shù)量為I1ir的導(dǎo)體并且所述兩個不同導(dǎo)體的第四導(dǎo)體來自數(shù)量為I1is的導(dǎo)體，并且數(shù)量r不同于數(shù)量s，且r，s＝[1-N1]；所述第三導(dǎo)體通過所述交換網(wǎng)絡(luò)選擇性的耦合來自所述k組、每組數(shù)量為N的導(dǎo)體的第三組數(shù)量至多為(k×(M/(N0×N1)))的導(dǎo)體，其中所述第三組數(shù)量至多為(k×(M/(N0×N1)))的導(dǎo)體最多具有來自所述k組、每組數(shù)量為N的導(dǎo)體中每一組的數(shù)量為(M/(N0×N1))的導(dǎo)體；以及所述第四導(dǎo)體通過所述交換網(wǎng)絡(luò)選擇性的耦合來自所述k組、每組數(shù)量為N的導(dǎo)體的第四組數(shù)量至多為(k×(M/(N0×N1)))的導(dǎo)體，其中所述第四組數(shù)量至多為(k×(M/(N0×N1)))的導(dǎo)體最多具有來自所述k組、每組數(shù)量為N的導(dǎo)體中每一組的數(shù)量為(M/(N0×N1))的與所述第三組數(shù)量至多為(k×(M/(N0×N1)))的導(dǎo)體不同的導(dǎo)體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的集成電路，其中所述數(shù)量為I1ij的導(dǎo)體中的每一個導(dǎo)體選擇性的通過所述交換網(wǎng)絡(luò)耦合數(shù)量為k的導(dǎo)體而不需要跨越其他導(dǎo)體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的集成電路，其進一步包括數(shù)量為k的可編程邏輯單元，所述數(shù)量為k的可編程邏輯單元中的每一個具有數(shù)量為N的輸入導(dǎo)體，其中所述數(shù)量為k的導(dǎo)體中的每一個對應(yīng)于所述數(shù)量為k的可編程邏輯單元的數(shù)量為N的輸入導(dǎo)體中的一個導(dǎo)體。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的集成電路，其中所述數(shù)量I1ij至多為數(shù)量(k×(N/(N0×N1))和數(shù)量(M/(N0×N1))中的較大者，并且所述多個開關(guān)最多包含數(shù)量為[M×(N0+N1+k)]的開關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述多個開關(guān)中的每一個至少包含一個程序控制的通過閘。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述多個開關(guān)中的每一個至少包含一個程序控制的驅(qū)動器/接收器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述多個開關(guān)至少包含程序控制的通過閘和程序控制的驅(qū)動器/接收器中的一者。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述多個開關(guān)中的每一個具有程序控制的開啟狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述集成電路使用包含存儲設(shè)備的工藝技術(shù)而實現(xiàn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述集成電路使用包含非易失存儲設(shè)備的工藝技術(shù)而實現(xiàn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述集成電路使用包含熔絲設(shè)備的工藝技術(shù)而實現(xiàn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述集成電路使用包含反熔絲設(shè)備的工藝技術(shù)而實現(xiàn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述集成電路使用包含鐵電材料設(shè)備的工藝技術(shù)而實現(xiàn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中M由R×(k×N)確定，其中R至少為0.5并且至多為1.0。
20.一種在集成電路中實現(xiàn)連接性的方法，所述集成電路包括多個數(shù)量為M的導(dǎo)體，多個k組、每組數(shù)量為N的導(dǎo)體(數(shù)量為k×N的導(dǎo)體)，以及交換網(wǎng)絡(luò)，其中M至少為k+N，其中k至少為2并且N至少為2，其中所述交換網(wǎng)絡(luò)包括多個開關(guān)和多個數(shù)量為IO的導(dǎo)體，所述數(shù)量為I0的導(dǎo)體包括N0組、每組數(shù)量為I0i的導(dǎo)體(i＝[1-N0])，其中N0至少為2，N至少為N0，I0至少等于M并且當M小于(k×N)時在M和(k×N)之間，其中所述方法包括將所述多個數(shù)量為M的導(dǎo)體中的任何兩個導(dǎo)體通過所述多個開關(guān)選擇性的分別耦合到從至少兩個不同的數(shù)量為I0p的導(dǎo)體和數(shù)量為I0q的導(dǎo)體中(p，q＝[1，N0])選擇的至少兩個不同導(dǎo)體而不需要跨越其他導(dǎo)體；將所述至少兩個不同導(dǎo)體中的第一導(dǎo)體通過所述交換網(wǎng)絡(luò)選擇性的耦合到第一組數(shù)量至多為(k×(M/N0))的導(dǎo)體，其中所述第一組數(shù)量至多為(k×(M/N0))的導(dǎo)體最多具有來自所述k組、每組數(shù)量為N的導(dǎo)體中每一組的數(shù)量為(M/N0)的導(dǎo)體；以及將所述至少兩個不同導(dǎo)體中的第二導(dǎo)體通過所述交換網(wǎng)絡(luò)選擇性的耦合到第二組數(shù)量至多為(k×(M/N0))的導(dǎo)體，其中所述第二組數(shù)量至多為(k×(M/N0))的導(dǎo)體最多具有來自所述k組、每組數(shù)量為N的導(dǎo)體中每一組的數(shù)量為(M/N0)的與所述第一組數(shù)量至多為(k×(M/N0))的導(dǎo)體不同的導(dǎo)體。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其進一步包括將所述數(shù)量為I0i的導(dǎo)體中的每一個導(dǎo)體選擇性的通過所述交換網(wǎng)絡(luò)耦合到數(shù)量為k的導(dǎo)體而不需要跨越其他導(dǎo)體。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述數(shù)量I0i至多為數(shù)量(k×(N/N0))和數(shù)量(M/N0)中的較大者，并且其中所述多個開關(guān)為數(shù)量至少為[(M-N+1)×N+M×k]的開關(guān)并且數(shù)量至多為M×(k+N)的開關(guān)。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其進一步包括數(shù)量為k的可編程邏輯單元，所述數(shù)量為k的可編程邏輯單元中的每一個具有數(shù)量為N的輸入導(dǎo)體，其中所述數(shù)量為k的導(dǎo)體中的每一個對應(yīng)于所述數(shù)量為k的可編程邏輯單元的數(shù)量為N的輸入導(dǎo)體中的一個導(dǎo)體。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中M等于R×(k×N)，其中R至少為0.5并且至多為1.0。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其進一步包括將多個數(shù)量為I1i的導(dǎo)體選擇性的耦合到所述數(shù)量為I0i的導(dǎo)體，其中所述數(shù)量為I1i的導(dǎo)體包括N1組、每組數(shù)量為I1ij的導(dǎo)體(j＝[1-N1])，其中N1至少為2；將所述數(shù)量為I0i的導(dǎo)體中的任何兩個導(dǎo)體通過所述多個開關(guān)選擇性的耦合到所述數(shù)量為I1i的導(dǎo)體中的兩個不同導(dǎo)體而不需要跨越其他導(dǎo)體，其中所述兩個不同導(dǎo)體中的第三導(dǎo)體來自數(shù)量為I1ir的導(dǎo)體并且所述兩個不同導(dǎo)體的第四導(dǎo)體來自數(shù)量為I1is的導(dǎo)體，并且數(shù)量r不同于數(shù)量s，且r，s＝[1-N1]；將所述第三導(dǎo)體通過所述交換網(wǎng)絡(luò)選擇性的耦合到來自所述k組、每組數(shù)量為N的導(dǎo)體的第三組數(shù)量至多為(k×(M/(N0×N1)))的導(dǎo)體，其中所述第三組數(shù)量至多為(k×(M/(N0×N1)))的導(dǎo)體最多具有來自所述k組、每組數(shù)量為N的導(dǎo)體中每一組的數(shù)量為(M/(N0×N1))的導(dǎo)體；以及將所述第四導(dǎo)體通過所述交換網(wǎng)絡(luò)選擇性的耦合到來自所述k組、每組數(shù)量為N的導(dǎo)體的第四組數(shù)量至多為(k×(M/(N0×N1)))的導(dǎo)體，其中所述第四組數(shù)量至多為(k×(M/(N0×N1)))的導(dǎo)體最多具有來自所述k組、每組數(shù)量為N的導(dǎo)體中每一組的數(shù)量為(M/(N0×N1))的與所述第三組數(shù)量至多為(k×(M/(N0×N1)))的導(dǎo)體不同的導(dǎo)體。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其進一步包括將所述數(shù)量為I1ij的導(dǎo)體中的每一個導(dǎo)體選擇性的耦合到數(shù)量為k的導(dǎo)體而不需要跨越其他導(dǎo)體。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其進一步包括數(shù)量為k的可編程邏輯單元，所述數(shù)量為k的可編程邏輯單元中的每一個具有數(shù)量為N的輸入導(dǎo)體，其中所述數(shù)量為k的導(dǎo)體中的每一個對應(yīng)于所述數(shù)量為k的可編程邏輯單元的數(shù)量為N的輸入導(dǎo)體中的一個導(dǎo)體。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述數(shù)量I1ij至多為數(shù)量(k×N/(N0×N1))和數(shù)量(M/(N0×N1))中的較大者，并且所述多個開關(guān)最多包含數(shù)量為[M×(N0+N1+k)]的開關(guān)。
全文摘要
一種可擴展的非阻斷交換網(wǎng)絡(luò)，具有開關(guān)(151－160)和中介(分級的)導(dǎo)體用于在各個互連資源的約束內(nèi)以無限制方式將第一組導(dǎo)體連接到其他多組導(dǎo)體。所述交換網(wǎng)絡(luò)(200)應(yīng)用廣泛，協(xié)同或者級聯(lián)的提供網(wǎng)絡(luò)、路由器以及可編程邏輯電路中使用的大型交換網(wǎng)絡(luò)。所述交換網(wǎng)絡(luò)用于通過該交換網(wǎng)絡(luò)將第一組導(dǎo)體(101－104)連接到給定邏輯電路分級中的多組導(dǎo)體，從而所述多組導(dǎo)體中各組中的導(dǎo)體為等效或者可互換的，使得所述第一組導(dǎo)體在下一級分級電路中使用時等效。所述交換網(wǎng)絡(luò)可以擴展到很大的導(dǎo)體組并且可以分級使用以實現(xiàn)大型電路中的可編程互連。
文檔編號H04L12/56GK1938950SQ200580010432
公開日2007年3月28日 申請日期2005年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月30日
發(fā)明者P·M·帕尼, B·S·廷 申請人:利益邏輯公司