一种与／异或电路的最佳混合极性搜索方法技术

本发明专利技术公开了一种与／异或电路的最佳混合极性搜索方法，特点是包括以下步骤：１）对于输入变量个数为ｎ的逻辑电路，产生非循环格雷码极性序列；２）从最小项表达式得到ｉ＝１时的极性ｇ１的混合极性里德穆勒的表达式，通过低功耗映射得到极性ｇ１的的最小成本；３）从当前极性得到下一位极性的混合极性里德穆勒表达式，并用低功耗映射得到此位极性的与／异或电路的面积成本和功耗成本；４）定义此位极性为当前极性，并将当前极性的成本与整个电路的最小成本比较，确定整个与／异或电路的最佳极性和整个与／异或电路的最小成本。最后通过对１８个ＭＣＮＣ和ＩＳＣＡＳ基准电路测试表明本发明专利技术的方法要优于固定极性里德穆勒电路实现形式优化方案和与／或电路实现形式。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种集成电路设计中电路最佳极性的搜索方法，尤其是涉及一种与/ 异或电路的最佳混合极性搜索方法。
技术介绍
现代集成电路的小尺寸和高性能导致巨大的功耗，使芯片在封装、散热和稳定性 等方面存在诸多问题。低功耗已成为超大规模集成电路(VLSI)设计的重要目标之一，特别 是在便携式设备中，低功耗已超越面积和性能成为首要设计约束。过去的VLSI低功耗设计 主要针对与/或(AND/OR)电路进行展开，研究表明相比传统的AND/OR电路，与/异或(AND/ X0R)电路不仅有更好的可测试性，而且用其实现的算术逻辑部件、通信系统和错误校验等 功能电路在功耗、面积等方面具有显著优势。因此，研究AND/X0R电路低功耗逻辑综合技术 对发展和完善集成电路低功耗设计方法有重要意义。工艺映射是一个按照给定工艺库中的逻辑门把逻辑函数分解成优化的电路结 构的逻辑综合步骤，而低功耗映射是根据特定工艺映射一个功耗优化的工艺无关电路的 过程。低功耗映射常用的解决方案是在逻辑综合行为级实现开关活动性最小化，如Tsui 等提出的Modified Huffman算法、Zhou等提出的ExDcomp算法、Narayanan等提出的 Narayananand Liu算法以及Zhou等提出的Zhou and Wong算法。AND/M)R电路低功耗映 射通过将多输入AND/X0R门电路分解成功耗最小的二输入AND/X0R门电路实现。η个输入 变量的AND/X0R电路有2η种固定极性里德穆勒(Fixed-Polarity Reed-MulIer, FPRM)电 路实现形式和3"种混合极性里德穆勒(Mixed-Polarity Reed-MulIer, MPRM)电路实现形 式。通常，AND/X0R电路以固定极性里德穆勒电路实现形式进行低功耗映射，而混合极性里 德穆勒电路包含所有固定极性里德穆勒电路。因此，混合极性里德穆勒电路实现形式比固 定极性里德穆勒电路实现形式更可能获得功耗最小的AND/X0R电路。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供， 能够实现AND/X0R电路的功耗与面积综合最优化。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为一种与/异或电路的最佳混合极 性搜索方法，首先定义极性P的与/异或电路的成本为Cost (P)，其计算公式为Cost(P) = Earea(P) · w/Earea max+Ep0W(P) · (l-w)/Ep 式中Eara(P)和4。W(P)分别为极性P的与/异或电路的面积成本和功耗成本，它 们的估计公式分别为Earea (P) = m - Aand (P) +a · Axoe (P)Epow(P) = 0.5Fd2d/clk Σ (Σ W + Σ(ν)vgV式中m是两输入与门的数量，a是两输入异或门的数量，Aand⑵和Am⑵分别为 两输入与门和两输入异或门的面积代价，Cin和c。ut分别为输入电容和输出电容，Vdd为电源电压；f。lk为时钟频率，Σ Cin(V)和Σ Cout(V)分别为节点ν的总负载输入电容和输出电容， Esw (ν)为节点ν的开关活动性，表示一个时钟周期内节点逻辑值变换的次数，Earea _和Ep。w _分别为与/异或电路的最大面积估计值和最大功耗估计值，w为权重值，且1 ； 然后进行以下步骤1)对于输入变量个数为η的逻辑电路，产生非循环格雷码极 性序列{g1; &，. . .，gi，. . . }，该非循环格雷码极性序列的演化规律为权利要求1. ，其特征在于首先定义极性P的与/异 或电路的成本为Cost (P)，其计算公式为Cost (P) =Earea(P) · w/Earea max+Epow (P) · (1-w) /Epow max式中Earea(P)和4。W(P)分别为极性P的与/异或电路的面积成本和功耗成本，它们的 估计公式分别为EJP) =m· A細⑵+a .Axok(P)Epow(P) = 0.5Fd2d/clk Σ (Σ Cm W + Σ C-(低VGV式中m是两输入与门的数量，a是两输入异或门的数量，Aand⑵和AxtJP)分别为两输 入与门和两输入异或门的面积代价，Cin和C-分别为输入电容和输出电容，Vdd为电源电压， f。lk为时钟频率，Σ Cin(V)和Σ Cout(V)分别为节点ν的总负载输入电容和输出电容，Esw (ν) 为节点ν的开关活动性，表示一个时钟周期内节点逻辑值变换的次数，E_a max和Ep。w _分别 为与/异或电路的最大面积估计值和最大功耗估计值，w为权重值，且1 ；然后进行 以下步骤1)对于输入变量个数为η的逻辑电路，产生非循环格雷码极性 序列{gl，g2, gi, ...},该非循环格雷码极性序列的演化规律为1 — 0 — 2 — 2 — 0 — 1 — 1 — 0 — 2 — 2 — 0—1......，其中i为非循环格雷码极性的位数，1彡i彡3n ；2)使用基于列表技术的混合极性转换算法来实现从最小项表达式得到i= 1时的极性 gl的混合极性里德穆勒的表达式，使用与/异或电路低功耗映射算法对极性&的混合极性 里德穆勒表达式进行两输入与/异或电路的低功耗映射，然后利用面积估计公式Earea (gl) = · A細⑷+a · Axor (g^和功耗估计公式EpoM = 0.SVd2Jclk Σ (Σ (^) + Σ cOUt (v))Esw (V)分别计算得到极性&的与/异或电路的面积成本和功耗成本，将极性&定义为当前极 性，并作为整个与/异或电路的最佳极性，极性&的与/异或电路成本Costfe1) = Earea (gi) · w/Earea max+Epow(g1) · (1-w)/Epow max作为整个与/异或电路的最小成本；3)使用基于列表技术的混合极性间转换算法从当前极性的混合极性里德穆勒表达式 得到下一位极性的混合极性里德穆勒表达式，使用与/异或电路低功耗映射算法对此位极 性的混合极性里德穆勒表达式进行两输入与/异或电路的低功耗映射，利用面积估计公 式Earea (gi) = · A細⑷+a · Axor (gj)和功耗估计公式Epow(S1) = ο.5θΛΣ(Σθ +Σθ))式》分别计算得到此位极性的与/异或电路的面积成本和功耗成本；4)定义步骤幻得到的此位极性为当前极性，若当前极性的与/异或电路成本Costfei) = Earea (gi) · w/Earea max+Epow(gi) · (1-w)/Epow max小于整个与/异或电路的最小成本，则将当前极性作为整个与/异或电路的最佳极性， 将当前极性的与/异或电路成本作为整个与/异或电路的最小成本；5)判断当前极性的位数i是否< 3n，是则返回步骤3)，否则极性搜索结束。2.如权利要求1所述的，其特征在于最大 面积估计值E_a _和最大功耗估计值&。WCT max通过一轮穷尽搜索得到，其具体搜索过程为1)对于输入变量个数为η的逻辑电路，产生非循环格雷码极性 序列{gl，g2, gi, ...},该非循环格雷码极性序列的演化规律为1 — 0 — 2 — 2 — 0 — 1 — 1 — 0 — 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种与／异或电路的最佳混合极性搜索方法，其特征在于首先定义极性Ｐ的与／异或电路的成本为Ｃｏｓｔ（Ｐ），其计算公式为：Ｃｏｓｔ（Ｐ）＝Ｅ↓［ａｒｅａ］（Ｐ）.ｗ／Ｅ↓［ａｒｅａ＿ｍａｘ］＋Ｅ↓［ｐｏｗ］（Ｐ）.（１－ｗ）／Ｅ↓［ｐｏｗ＿ｍａｘ］式中Ｅ↓［ａｒｅａ］（Ｐ）和Ｅ↓［ｐｏｗ］（Ｐ）分别为极性Ｐ的与／异或电路的面积成本和功耗成本，它们的估计公式分别为：Ｅ↓［ａｒｅａ］（Ｐ）＝ｍ.Ａ↓［ＡＮＤ］（Ｐ）＋ａ.Ａ↓［ＸＯＲ］（Ｐ）Ｅ↓［ｐｏｗ］（Ｐ）＝０．５Ｖ↓［ｄｄ］↑［２］ｆ↓［ｃｌｋ］＊（ΣＣ↓［ｉｎ］（ｖ）＋ΣＣ↓［ｏｕｔ］（ｖ））Ｅ↓［ｓｗ］（ｖ）式中ｍ是两输入与门的数量，ａ是两输入异或门的数量，Ａ↓［ＡＮＤ］（Ｐ）和Ａ↓［ＸＯＲ］（Ｐ）分别为两输入与门和两输入异或门的面积代价，Ｃ↓［ｉｎ］和Ｃ↓［ｏｕｔ］分别为输入电容和输出电容，Ｖ↓［ｄｄ］为电源电压，ｆ↓［ｃｌｋ］为时钟频率，∑Ｃ↓［ｉｎ］（ｖ）和∑Ｃ↓［ｏｕｔ］（ｖ）分别为节点ｖ的总负载输入电容和输出电容，Ｅ↓［ｓｗ］（ｖ）为节点ｖ的开关活动性，表示一个时钟周期内节点逻辑值变换的次数，Ｅ↓［ａｒｅａ＿ｍａｘ］和Ｅ↓［ｐｏｗ＿ｍａｘ］分别为与／异或电路的最大面积估计值和最大功耗估计值，ｗ为权重值，且０≤ｗ≤１；然后进行以下步骤：１）对于输入变量个数为ｎ的逻辑电路，产生非循环格雷码极性序列｛ｇ↓［１］，ｇ↓［２］，…，ｇ↓［ｉ］，…｝，该非循环格雷码极性序列的演化规律为１→０→２→２→０→１→１→０→２→２→０→１……，其中ｉ为非循环格雷码极性的位数，１≤ｉ≤３↑［ｎ］；２）使用基于列表技术的混合极性转换算法来实现从最小项表达式得到ｉ＝１时的极性ｇ↓［１］的混合极性里德穆勒的表达式，使用与／异或电路低功耗映射算法对极性ｇ↓［１］的混合极性里德穆勒表达式进行两输入与／异或电路的低功耗映射，然后利用面积估计公式：Ｅ↓［ａｒｅａ］（ｇ↓［１］）＝ｍ.Ａ↓［ＡＮＤ］（ｇ↓［１］）＋ａ.Ａ↓［ＸＯＲ］（ｇ↓［１］）和功耗估计公式Ｅ↓［ｐｏｗ］（ｇ↓［１］）＝０．５Ｖ↓［ｄｄ］↑［２］ｆ↓［ｃｌｋ］＊（ΣＣ↓［ｉｎ］（ｖ）＋ΣＣ↓［ｏｕｔ］（ｖ））Ｅ↓［ｓｗ］（ｖ）分别计算得到极性ｇ↓［１］的与／异或电路的面积成本和功耗成本，将极性ｇ↓［１］定义为当前极性，并作为整个与／异或电路的最佳极性，极性ｇ↓［１］的与／异或电路成本：Ｃ↓［ｏｓｔ］（ｇ↓［１］）＝Ｅ↓［ａｒｅ...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪鹏君，李辉，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：97[中国|宁波]