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随着现场可编程门阵列FPGA技术的发展,在其应用日益广泛的同时,用户的需求也愈加复杂。目前FPGA的竞争不仅在于设计一款高性能的、可靠的器件,而是提供一个可靠的平台,包括FPGA设计软件、FPGAIP核、FPGA芯片以及相关的服务。FPGA结构描述文件是它们之间沟通的桥梁,因此在FPGA开发过程中,如何提供一套简明的,且能准确描述FPGA硬件信息的结构描述方法显得至关重要。对FPGA结构结构描述方法的研究,学术界已取得了很多成果。但它们要么只是针对简单的开关盒／连接盒模型以及仅包含单一种类互连线的结构,与现代主流商用芯片的结构相去甚远；要么对FPGA布线资源和逻辑块采用暴力描述,使得对应的描述文件太大,不便于人工阅读和软件解析。本文在已有的FPGA结构描述方法的基础上,根据现代主流FPGA是由重复单元在水平和垂直方向复制拼接而成的特点,提出了一种基于层次化重复单元的FPGA结构模型,其中重复单元间的连接关系通过端口序列化模型描述,使得描述文件得到极大的缩小。实验结果表明该方法不仅能描述现代主流FPGA中所有种类的逻辑块和互连线,而且在描述文件大小上至少缩小了63.8%。与此同时,本文搭建了一个FPGA结构描述文件开发平台,该平台能针对已设计完成的FPGA生成相应的结构描述文件。资源遍历测试配置和应用功能电路在芯片FDP3P13和FDP4P13上的通过,表明该平台生成的结构描述文件不仅能完整地、准确地描述FPGA硬件信息,且能配合FPGA软件系统正常地工作。此外,本文针对FPGA结构描述文件的应用做了相关研究,主要包括布线资源图的构建和位流文件生成模块的设计与实现。实验表明该文所设计的位流文件生成模块不仅能完成基本的功能,还能完成循环冗余校验、位流文件加密和压缩等功能。