一种多级MPRM逻辑电路功耗优化方法技术

本发明专利技术公开了一种多级MPRM逻辑电路功耗优化方法，通过列表法和onset法改变逻辑网络布局与节点顺序，在保证逻辑网络功能不变的前提下，可以有效降低高度优化后的多级MPRM逻辑电路的功耗。由于结合了先进的切割算法，本发明专利技术方法对大面积电路也有着较好的优化效率。对EPFL和MCNC测试集实验结果表明，与原电路相比本文算法的平均功耗优化率达到27.87%和32.44%。与二级MPRM功耗优化算法相比，平均面积优化率为4.04%，平均功耗优化率达到2.74%。本发明专利技术为多级MPRM逻辑电路的功耗优化提供了新的研究思路：既为减少多级MPRM功耗提供新的方法，又有效减少了集成电路设计时的成本，对电子设计自动化具有较强的理论意义和实践意义。义。义。

【技术实现步骤摘要】
一种多级MPRM逻辑电路功耗优化方法


[0001]本专利技术涉及一种数字逻辑电路的简化方法，具体是一种多级MPRM逻辑电路功耗优化方法。

技术介绍

[0002]随着集成电路的集成度提高，功耗问题在高端芯片设计领域已成为性能之后的第二大问题，在便携式设备领域更是成为了首要问题。在逻辑级中，集成电路可以表示为AND/XOR结构的Reed
‑
Muller逻辑电路(即RM逻辑电路)。与以AND/OR为结构的布尔逻辑电路不同，RM逻辑电路的优化技术尚不成熟。同时，研究表明在算数电路、奇偶校验电路、通信电路中，RM逻辑电路比布尔逻辑电路在功耗、面积、速度与可测试线上更具优势。因此对RM逻辑电路的研究可以有效完善和发展电子设计自动化。
[0003]RM逻辑电路根据极性不同可以分为固定极性RM(fixed polarity Reed
‑
Muller,FPRM)与混合极性RM(mixed polarity Reed
‑
Muller,MPRM)。FPRM要求变量在逻辑表达式中均以正变量或反变量存在，而在MPRM中变量可以以任意形式存在。形式的多样性使得MPRM比FPRM有着更优的性能，但同时也带来了优化方法上的复杂性。目前对MPRM的研究主要围绕着二级MPRM，其输入与输出之间串联的门的最大数值为二。而多级MPRM对输入与输出门之间串联的门数量没有限制，允许对二级MPRM的逻辑门数量进行进一步简化。
[0004]研究表明Reed
‑
Muller的功耗与各逻辑节点跳变概率之和呈正比，多级MPRM在逻辑门数量上的优势可能伴随着功耗上的优势。因此为了完善MPRM功耗优化方法，同时迎合日益增长的对低功耗集成电路设计的需求，本专利技术提出一种多级MPRM逻辑电路功耗优化方法，通过列表法和onset法改变逻辑网络布局与节点顺序，在保证逻辑网络功能不变的前提下有效地优化了多级MPRM逻辑电路的功耗。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术的空缺，提供一种多级MPRM逻辑电路功耗优化方法，该方法分别基于列表法和onset法得到功耗优化后的二级与多级MPRM表达式，同时选取最优功耗的表达式来代替原表达式，为多级MPRM逻辑电路的功耗优化提供了新的研究思路；该方法对大面积电路也有着较好的优化效率。
[0006]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种多级MPRM逻辑电路功耗优化方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、以待优化的多级MPRM逻辑电路作为输入电路，基于动态逻辑功耗关系式评估出输入电路的总功耗E，其中，pr(v
a
)为输入电路中的节点a的跳变概率，N为输入电路中的节点总数，N≥1，k为固定系数，令k＝1；
[0008]对于输入电路中的AND逻辑节点v
a1
，其跳变概率计算公式为pr(v
a1
)＝pr(x
a1
)pr(y
a1
)，其中pr(x
a1
)、pr(y
a1
)分别为逻辑节点v
a1
的输入；
[0009]对于输入电路中的XOR逻辑节点v
a2
，其跳变概率计算公式为pr(v
a2
)＝pr(x
a2
)+pr(y
a2
)
‑
2pr(x
a2
)pr(y
a2
)，其中pr(x
a2
)、pr(y
a2
)分别为逻辑节点v
a2
的输入；
[0010]步骤2、定义一种子电路作为割集，割集同时满足以下两个条件：(1)任何从电路的输入节点到割集的输出节点的路径需要经过割集的至少一个节点；(2)除割集的输入节点外，其他节点的输出均在割集中；搜寻输入电路中符合上述两个条件的割集，记为割集C；基于步骤1中的动态逻辑功耗关系式评估出割集C的功耗，并记为E1；
[0011]步骤3、对割集C进行功耗优化，具体步骤如下：
[0012]步骤3
‑
1、对于割集C中的连续AND逻辑门：
[0013]步骤3
‑1‑
1、将连续AND逻辑门中输入节点按跳变概率从小到大排列，得到节点序列A1；
[0014]步骤3
‑1‑
2、对于节点序列A1中跳变概率最小的两个节点，按步骤1中AND逻辑节点跳变概率计算公式计算其跳变概率并得到新节点，将这两个节点从节点序列A1中删除，并将新节点按计算得到的跳变概率的大小排入节点序列A1；
[0015]步骤3
‑1‑
3、重复步骤3
‑1‑
2，直到节点序列A1中只剩下一个节点；
[0016]步骤3
‑
2、对于割集C中的连续XOR逻辑门：
[0017]步骤3
‑2‑
1、将连续XOR逻辑门中输入节点按跳变概率从小到大排列，得到节点序列A2；
[0018]步骤3
‑2‑
2、对于节点序列A2中跳变概率大于0.5的节点中跳变概率最大和最小的两个节点，按步骤1中XOR逻辑节点跳变概率计算公式计算其跳变概率并得到新节点，将这两个节点从节点序列A2中删除，将新节点按计算得到的跳变概率的大小排入节点序列A2；
[0019]步骤3
‑2‑
3、重复步骤3
‑2‑
2，直到节点序列A2中跳变概率大于0.5的节点的数量小于或等于1；
[0020]步骤3
‑2‑
4、对于节点序列A2中跳变概率最小的两个节点，按步骤1中XOR逻辑节点跳变概率计算公式计算其跳变概率并得到新节点，将这两个节点从节点序列A2中删除，并将新节点按计算得到的跳变概率的大小排入节点序列A2；
[0021]步骤3
‑2‑
5、重复步骤3
‑2‑
4，直到节点序列A2中只剩下一个节点；
[0022]步骤4、具有n个输入变量的MPRM存在n位三进制数极性P，将该n位三进制数极性P中第k位的极性记为P
k
，其中0≤k<n，n≥1，P
k
决定了MPRM中各输入变量x
k
的表现形式：当P
k
＝0时，允许输入变量x
k
以正变量形式出现或不出现；当P
k
＝1时，允许输入变量x
k
以反变量形式出现或不出现；当P
k
＝2时，允许输入变量x
k
以正变量或反变量形式出现；
[0023]由于不同极性的MPRM逻辑电路的繁简不同，基于列表法，遍历割集C对应的子电路的所有极性，寻找功耗最优的二级MPRM，具体步骤如下：
[0024]步骤4
‑
1、读取具有n个输入变量的割集C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级MPRM逻辑电路功耗优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、以待优化的多级MPRM逻辑电路作为输入电路，基于动态逻辑功耗关系式评估出输入电路的总功耗E，其中，pr(v
a
)为输入电路中的节点v
a
的跳变概率，N为输入电路中的节点总数，N≥1，k为固定系数，令k＝1；对于输入电路中的AND逻辑节点v
a1
，其跳变概率计算公式为pr(v
a1
)＝pr(x
a1
)pr(y
a1
)，其中pr(x
a1
)、pr(y
a1
)分别为逻辑节点v
a1
的输入；对于输入电路中的XOR逻辑节点v
a2
，其跳变概率计算公式为pr(v
a2
)＝pr(x
a2
)+pr(y
a2
)
‑
2pr(x
a2
)pr(y
a2
)，其中pr(x
a2
)、pr(y
a2
)分别为逻辑节点v
a2
的输入；步骤2、定义一种子电路作为割集，割集同时满足以下两个条件：(1)任何从电路的输入节点到割集的输出节点的路径需要经过割集的至少一个节点；(2)除割集的输入节点外，其他节点的输出均在割集中；搜寻输入电路中符合上述两个条件的割集，记为割集C；基于步骤1中的动态逻辑功耗关系式评估出割集C的功耗，并记为E1；步骤3、对割集C进行功耗优化，具体步骤如下：步骤3
‑
1、对于割集C中的连续AND逻辑门：步骤3
‑1‑
1、将连续AND逻辑门中输入节点按跳变概率从小到大排列，得到节点序列A1；步骤3
‑1‑
2、对于节点序列A1中跳变概率最小的两个节点，按步骤1中AND逻辑节点跳变概率计算公式计算其跳变概率并得到新节点，将这两个节点从节点序列A1中删除，并将新节点按计算得到的跳变概率的大小排入节点序列A1；步骤3
‑1‑
3、重复步骤3
‑1‑
2，直到节点序列A1中只剩下一个节点；步骤3
‑
2、对于割集C中的连续XOR逻辑门：步骤3
‑2‑
1、将连续XOR逻辑门中输入节点按跳变概率从小到大排列，得到节点序列A2；步骤3
‑2‑
2、对于节点序列A2中跳变概率大于0.5的节点中跳变概率最大和最小的两个节点，按步骤1中XOR逻辑节点跳变概率计算公式计算其跳变概率并得到新节点，将这两个节点从节点序列A2中删除，将新节点按计算得到的跳变概率的大小排入节点序列A2；步骤3
‑2‑
3、重复步骤3
‑2‑
2，直到节点序列A2中跳变概率大于0.5的节点的数量小于或等于1；步骤3
‑2‑
4、对于节点序列A2中跳变概率最小的两个节点，按步骤1中XOR逻辑节点跳变概率计算公式计算其跳变概率并得到新节点，将这两个节点从节点序列A2中删除，并将新节点按计算得到的跳变概率的大小排入节点序列A2；步骤3
‑2‑
5、重复步骤3
‑2‑
4，直到节点序列A2中只剩下一个节点；步骤4、具有n个输入变量的MPRM存在n位三进制数极性P，将该n位三进制数极性P中第k位的极性记为P
k
，其中0≤k<n，n≥1，P
k
决定了MPRM中各输入变量x
k
的表现形式：当P
k
＝0时，允许输入变量x
k
以正变量形式出现或不出现；当P
k
＝1时，允许输入变量x
k
以反变量形式出现或不出现；当P
k
＝2时，允许输入变量x
k
以正变量或反变量形式出现；由于不同极性的MPRM逻辑电路的繁简不同，基于列表法，遍历割集C对应的子电路的所有极性，寻找功耗最优的二级MPRM，具体步骤如下：步骤4
‑
1、读取具有n个输入变量的割集C的真值表，将其展开成极性P＝3
n
‑
1的二级MPRM函数，并将其转化为初始列表L0，其中初始列表L0的表栏为极性P，列表内容i由{0,1}表示；
当初始列表L0中第k列的极性P
k
＝0时，列表内容i为0表示输入变量x
k
不出现，列表内容i为1表示输入变量x
k
以正变量形式出现；当初始列表L0中第k列的极性P
k
＝1时，列表...

【专利技术属性】
技术研发人员：储著飞，赵子豪，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：