Floorplanning exploration for partially reconfigurable FPGA systems

The aim of this work is to present a novel floorplanner tailored for partially reconfigurable FPGAs, taking into account an accurate description of heterogeneous resources and partial reconfiguration constraints. The proposed approach is based on a suitable Mixed-Integer Linear Programming (MILP) formulation that makes the problem tractable using state-of-the-art solvers. A global optimum can be found for small instances in the short run. For large instances, with a time limited search, a 20% average improvement can be achieved over state-of-the-art floorplanners. The described methodology allows the designer to customize the objective function to be minimized, so that different weights can be assigned to cost functions such as: total wirelength, area occupancy and desired aspect ratio. Moreover, two extensions of the base approach are presented: the first adds support for bitstream relocation while the second enables thermal optimization of the floorplan.

In questo lavoro di tesi viene presentato un innovativo algoritmo per la definizione dei vincoli di area su FPGA parzialmente riconfigurabili, tenendo in considerazione un'accurata descrizione delle risorse eterogenee e dei vincoli sulla riconfigurazione parziale. L'approccio proposto è basato su un conveniente modello di Programmazione Lineare Mista Intera che rende il problema trattabile grazie ai moderni risolutori. Un ottimo globale può essere trovato per piccole istanze in tempi ridotti. Per istanze più complesse, adottando una ricerca con budget di tempo limitato, è possibile ottenere un miglioramento medio del 20% rispetto ad algoritmi nello stato dell'arte. La metodologia descritta consente al progettista di personalizzare la funzione obiettivo da minimizzare, in particolare è possibile assegnare una rilevanza diversa a funzioni di costo quali: lunghezza totale delle interconnessioni, occupazione di risorse e proporzioni delle aree. In aggiunta all'approccio di base vengono presentate due estensioni: la prima aggiunge supporto per la rilocazione del bitstream, mentre la seconda abilita l'ottimizzazione della temperatura durante la definizione dei vincoli di area.