基于模块化设计方法实现基于模块化设计方法实现FPGA动态部分重构动态部分重构
摘要：介绍了Xilinx FPGA的配置原理和FPGA模块化设计流程以及划分重构模块的原则。通过一个实例介绍了
采用模块化设计方法实现Virtex-E FPGA动态部分重构的过程，能使重构模块在系统运行时改变其逻辑功能，而
固定模块逻辑功能不中断，同时器件的重构时间大大减少。 随着可编程技术的不断发展，FPGA被广泛应
用于电子设计的各个领域。新的设计思想和设计方法也被不断的提出和应用，如FPGA的动态部分重构技术。所
谓动态重构是指对于时序变化的数字逻辑系统，其时序逻辑的发生，不是通过调用芯片内不同区域不同逻辑资
源的组合来实现，而是通过对具有专门缓存逻辑资源的FPGA，进行局部和全局芯片逻辑的
摘要：介绍了Xilinx FPGA的配置原理和FPGA模块化设计流程以及划分重构模块的原则。通过一个实例介绍了采用模块化
设计方法实现Virtex-E FPGA动态部分重构的过程，能使重构模块在系统运行时改变其逻辑功能，而固定模块逻辑功能不中
断，同时器件的重构时间大大减少。
随着可编程技术的不断发展，FPGA被广泛应用于电子设计的各个领域。新的设计思想和设计方法也被不断的提出和应
用，如FPGA的动态部分重构技术。所谓动态重构是指对于时序变化的数字逻辑系统，其时序逻辑的发生，不是通过调用芯片
内不同区域不同逻辑资源的组合来实现，而是通过对具有专门缓存逻辑资源的FPGA，进行局部和全局芯片逻辑的动态重构而
快速实现。动态可重构FPGA器件在编程结构上应具有专门的特征，其内部逻辑块和内连线的改变可以通过读取不同的配置比
特流文件来实现逻辑重建。动态部分重构是指重新配置FPGA的部分区域，重构过程中，FPGA其余部分的工作状态不受影
响。此方式减小了重构范围和单元数目，从而大大缩短了FPGA的重构时间。
应用FPGA动态部分重构功能使硬件设计更加灵活，可用于硬件的远程升级、系统容错和演化硬件以及通信平台设计[1]
等。动态部分重构可以通过两种方法实现：基于模块化设计方法（Module-Based Partial Reconfiguration）和基于差别的设计
方法（Difference-Based Partial Reconfiguration），本文以基于模块化设计为例说明实现部分重构的方法。
1 FPGA配置原理简介配置原理简介
本文针对Xilinx公司的FPGA进行研究，支持模块化动态部分重构的器件族有Virtex/-II/-E和Virtex-II Pro。
Xilinx公司FPGA是基于SRAM工艺的，包括配置逻辑块（CLBs），输入输出块（IOBs），块RAMs，时钟资源和编程布
线等资源[2]。CLBs是构造用户所需逻辑的功能单元，IOBs提供封装引腿与内部信号引线的接口。可编程互连资源提供布线通
道连接可配置元件的输入和输出到相应的网络。
存储在内部配置存储器单元中的数值决定了FPGA实现的逻辑功能和互接方式。Virtex FPGA的配置存储器是由配置列
（Configuration ColumNS）组成的，这些配置列以垂直阵列的方式排列，如图1给出了Virtex-E XCV600E器件的配置列构成
图。配置存储器可分为五种配置列：Center 列包含四个全局时钟的配置信息；两个IOB 列存储位于器件左边和右边所有IOBs
的配置信息；CLB列存储FPGA基本逻辑功能的配置信息；Block SelectRAM Content列存储内部块RAM的配置信息；Block
SelectRAM Interconnect列存储内部块RAM间互联的配置信息[3]。
图1 Virtex-E XCV600E的配置列构成及地址
配置列根据分配给它的配置地址（Configuration Address）来寻址。每一个配置列在FPGA内都有的主地址（Major
Address）空间。
FPGA的逻辑功能通过配置比特流（Configuration Bitstream）来实现。对于动态部分重构功能来说，需重构的配置逻辑
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