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VIS中电路模拟算法的GPU实现

作　者: 孙志嘉
导　师: 杨国武
学　校: 电子科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: VIS 电路模拟 CUDA 优化
分类号: TN402
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 35次
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内容摘要

电路模拟是在数字电路自动设计中最为常用的验证方法,随着数字集成电路的快速发展,电路规模越来越大,复杂性越来越高,传统的电路模拟方法已越来越难以满足设计者的需求,为了提高模拟速度,不少人把目光转向并行电路模拟。近年来,随着图形处理器软硬件技术的快速发展,基于GPU的通用计算已经越来越得到重视,正在形成一个新的研究领域。NVIDIA公司最新的通用计算GPU编程模型-cuda并行编程模型除了在图形处理领域有重要应用外,在非图形处理方面也提供了巨大的运算资源。在统一计算设备架构下,基于GPU的计算能够提供强大的存储器带宽和计算能力,采用C语言作为编程语言,使其具有良好的可编程性。VIS是一款开源的形式化验证和电路模拟软件。本文在深入分析VIS中与电路模拟相关代码的基础上,结合CUDA并行编程技术,在电路模拟的并行算法方面进行了探讨,主要内容包括:介绍了VIS的发展历史和总体结构,并将其与其他电路模拟验证软件做了对比,详细分析了VIS的优缺点;其次,对VIS用到的中间文件格式blifmv文件做了详细介绍,分析了bilfmv文件的语法结构。分析了GPU的特点和发展历程,对NVIDIA公司推出的统一计算设备结构编程模型做了详细介绍。将CUDA并行编程模型与传统的并行编程进行对比,分析了CUDA并行编程模型的优缺点。并对如何搭建CUDA编程环境和使用CUDA进行并行编程做了详细介绍。介绍了常用的电路模拟算法:同步事件驱动模拟算法和基于周期的电路模拟算法,并对各种算法的优缺点做了介绍。这些算法在不同程度上提高了电路模拟速度,但仍有一定局限性。本文在分析VIS中电路模拟代码后,得到VIS中电路模拟算法,在该算法基础上,结合CUDA并行编程技术,并对现有的并行电路模拟算法:同步事件驱动并行电路模拟算法做了研究后,对算法进行优化改进,提出了基于GPU的并行电路模拟算法,大大提高了电路模拟的速度。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-12
  1.1 电子设计自动化和逻辑模拟  8-9
    1.1.1 模拟和仿真  8
    1.1.2 模拟验证在电子设计自动化中的作用  8-9
  1.2 研究意义、选题依据  9-10
    1.2.1 问题的提出  9
    1.2.2 并行电路模拟在国外的发展状况  9-10
    1.2.3 研究并行电路模拟的意义  10
  1.3 主要研究内容和章节安排  10-12
    1.3.1 主要研究内容  10-11
    1.3.2 章节安排  11-12
第二章形式化验证软件VIS 的学习与研究  12-26
  2.1 VIS 介绍  12-13
    2.1.1 VIS 的历史  12
    2.1.2 VIS 概述  12-13
  2.2 VIS 的设计  13-18
    2.2.1 Verilog 语言调度和执行语义简介  13-17
    2.2.2 VL2MV  17-18
  2.3 BLIF-MV 文件分析与研究  18-23
    2.3.1 BLIF-MV 中的模块  18-19
    2.3.2 多值变量  19-20
    2.3.3 关系表  20-23
  2.4 使用VIS 进行电路模拟  23-25
  2.5 本章小结  25-26
第三章 CUDA 编程模型概述  26-41
  3.1 通用GPU 的应用  26-28
    3.1.1 基于GPU 的通用计算  26-28
  3.2 CUDA 概述  28-38
    3.2.1 CUDA 编程模型  30-36
    3.2.2 多线程和GPU 硬件体系结构  36-38
  3.3 搭建CUDA 平台  38-39
  3.4 CUDA 计算性能分析  39-40
  3.5 本章小结  40-41
第四章 VIS 中电路模拟算法在GPU 上的实现  41-75
  4.1 电路模拟算法简介  41-51
    4.1.1 电路结构模型  41-42
    4.1.2 电路结构划分映射方法  42-43
    4.1.3 事件驱动模拟算法  43-48
    4.1.4 基于周期的模拟算法  48-51
  4.2 并行电路模拟算法研究  51-60
    4.2.1 同步事件驱动并行模拟算法  51-54
    4.2.2 异步事件驱动并行模拟算法  54-60
  4.3 电路模拟算法的CUDA 实现  60-74
    4.3.1 VIS 中电路模拟算法  60-68
    4.3.2 算法实现与测试结果  68-74
  4.7 本章小结  74-75
第五章总结与展望  75-77
  5.1 本文总结  75
  5.2 下一步工作的展望和设想  75-77
致谢  77-78
参考文献  78-81

VIS中电路模拟算法的GPU实现

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