FPGA独特的可重构计算技术不仅能够降低数字系统的开发风险与开发成本、缩短上市时间,而且通过动态编程、远程在线重构等技术可以有效地降低系统的维护升级成本,因此在通讯、多媒体、工业控制、数值计算等领域得到了广泛的应用。在FPGA体系结构的研究开发中,由于可编程互连资源占据了将近80%的芯片面积和60%的信号延时,因此可编程互连资源的设计是FPGA结构设计的重中之重。本文围绕FPGA通用可编程互连资源的结构研究,针对不同类型的互连解决方案进行了细致的研究工作,设计并流片实现了新型的FPGA通用可编程互连结构。根据不同互连资源的结构特点和连接方式,提出了层次式互连结构的优化设计方案,在现有的体系结构下获得了更大的设计灵活性和优越性。针对层次式互连结构的底层电路实现,进一步提出了高针对性的电路设计优化方案,在互连资源的面积和延时两方面取得了较好的平衡,获得了可编程互连资源的最佳权衡设计,并且实现了互连延时的可预测性。进一步设计了面向领域优化的专用可编程互连资源,包括CLB专用互连、块状RAM专用互连以及时钟网络专用互连。本文采用SMIC 0.18um Logic 1P6M Salicide 1.8V/3.3V工艺,通过全定制电路设计方法对自主开发的FPGA芯片(代号FPGA-2)进行了版图实现,并进而流片。芯片共包含1200个可编程逻辑片、240个用户可用I/O、以及10块4K Bits块状双口RAM,等效逻辑门达10万门。结合CAD设计软件,根据所设计的FPGA芯片可编程互连的结构特点,对实际芯片的各种可编程互连资源进行了软硬件协同测试。测试结果表明,FPGA-2可编程互连资源的设计功能完全正确。在FPGA-2中下载实用电路后的测试表明,电路功能正确,有很高的SLICE利用率及较高的工作频率。