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混合极性Reed-Muller逻辑电路功耗和面积优化

作　者: 李辉
导　师: 汪鹏君
学　校: 宁波大学
专　业: 电路与系统
关键词: 混合极性Reed-Muller逻辑 电路优化 低功耗 面积最小化
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


Reed-Muller(RM)逻辑电路功耗和面积优化是集成电路逻辑综合的一个重要方面。以往的RM逻辑电路功耗和面积优化主要针对固定极性Reed-Muller(fixed polarity Reed-Muller, FPRM)逻辑展开。实际上混合极性Reed-Muller(mixed polarity Reed-Muller, MPRM)逻辑已包含FPRM逻辑电路。因而与FPRM逻辑电路相比,MPRM逻辑电路的优化性能更佳,其优化空间和求解难度也更大。n个输入变量的逻辑函数有3~n种混合极性,对应有3~n个MPRM表达式。同一逻辑函数不同混合极性的MPRM表达式繁简不一,用这些表达式实现的MPRM逻辑电路的功耗及面积性能也不尽相同。鉴此,本文的主要研究内容可分为以下五个方面:1)混合极性转换:通过对有序卡诺功能决定图展开规律、列表转换技术、AND/XOR运算技巧以及多输出逻辑函数描述方式的研究,针对最小项表达式与MPRM表达式的转换和不同极性MPRM表达式之间的转换分别提出两种新型的混合极性转换算法;2)MPRM逻辑电路低功耗映射:通过对CMOS电路动态功耗模型、两输入AND/XOR门电路信号概率传输特性以及开关活动性最小化分解方法的研究,针对动态和静态MPRM逻辑电路分别提出快速低功耗映射算法;3)MPRM逻辑电路面积优化:在研究RM可编程逻辑阵列的映射方法和电路结构的基础上,建立面积估计模型,结合混合极性列表转换算法,针对中小规模和大规模MPRM逻辑电路分别提出基于枚举法和模拟退火遗传算法的面积优化算法;4)动态MPRM逻辑电路功耗优化:在分析AND/XOR电路低功耗分解方法的基础上,建立功耗和面积估计模型,结合混合极性列表转换算法和动态逻辑电路低功耗映射算法,针对中小规模和大规模动态MPRM逻辑电路分别提出基于枚举法和遗传算法的功耗优化算法;5)静态MPRM逻辑电路功耗优化:在综合考虑开关活动性和节点负载电容的基础上,建立功耗和面积估计模型,结合混合极性列表转换算法和静态逻辑电路低功耗映射算法,针对中小规模和大规模静态MPRM逻辑电路分别提出基于枚举法和免疫遗传算法的功耗优化算法。文中所提算法均用C语言实现,使用MCNC和ISCAS基准电路测试这些算法的有效性,实验结果表明:与传统两级Boolean逻辑电路和FPRM逻辑电路优化算法相比,MPRM逻辑电路优化算法在对电路功耗和面积的性能优化上具有显著优势。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
引言  11-13
1 绪论  13-20
  1.1 研究背景及意义  13-16
  1.2 研究现状及其发展趋势  16-18
  1.3 内容安排  18-20
2 混合极性转换  20-38
  2.1 混合极性转换理论  20-22
  2.2 基于OKFDDs的混合极性转换  22-28
    2.2.1 OKFDDs数据结构  22-23
    2.2.2 基于OKFDDs的串行混合极性转换算法  23-24
    2.2.3 基于OKFDDs的并行混合极性转换算法  24-26
    2.2.4 基于OKFDDs的并行混合极性间转换算法  26-28
  2.3 基于列表技术的混合极性转换  28-35
    2.3.1 AND/XOR展开式  28-30
    2.3.2 混合极性列表  30-31
    2.3.3 基于列表技术的混合极性转换算法  31-33
    2.3.4 基于列表技术的混合极性间转换算法  33-35
  2.4 实验结果及其分析  35-37
  2.5 本章小结  37-38
3 混合极性Reed-Muller逻辑电路低功耗映射  38-49
  3.1 CMOS电路功耗模型  38
  3.2 基于电路开关活动性最小化的低功耗映射  38-42
  3.3 动态混合极性Reed-Muller逻辑电路低功耗映射  42-44
  3.4 静态混合极性Reed-Muller逻辑电路低功耗映射  44-46
  3.5 实验结果及其分析  46-48
  3.6 本章小结  48-49
4 混合极性Reed-Muller逻辑电路面积优化  49-65
  4.2 混合极性Reed-Muller逻辑电路优化理论  51
  4.3 基于枚举法的混合极性Reed-Muller逻辑电路面积优化  51-54
    4.3.1 枚举法面积优化策略  52
    4.3.2 枚举法面积优化算法描述  52-53
    4.3.3 实验结果及其分析  53-54
  4.4 基于模拟退火遗传算法的混合极性Reed-Muller逻辑电路面积优化  54-64
    4.4.1 模拟退火遗传算法  55-58
    4.4.2 基于模拟退火遗传算法的面积优化算法实现  58-60
    4.4.3 基于模拟退火遗传算法的面积优化算法描述  60-62
    4.4.4 实验结果及其分析  62-64
  4.5 本章小结  64-65
5 动态混合极性Reed-Muller逻辑电路功耗优化  65-72
  5.1 动态混合极性Reed-Muller逻辑电路功耗估计模型  65-66
  5.2 基于枚举法的动态混合极性Reed-Muller逻辑电路功耗优化  66
    5.2.1 枚举法动态电路功耗优化优化策略  66
    5.2.2 枚举法动态电路功耗优化算法描述  66
  5.3 基于遗传算法的动态混合极性Reed-Muller逻辑电路功耗优化  66-69
    5.3.1 基于遗传算法的动态电路功耗优化算法实现  67-68
    5.3.2 基于遗传算法的动态电路功耗优化算法描述  68-69
  5.4 实验结果及其分析  69-71
  5.5 本章小结  71-72
6 静态混合极性Reed-Muller逻辑电路功耗优化  72-85
  6.1 AND/XOR电路功耗和面积估计模型  72-73
  6.2 基于枚举法的静态混合极性Reed-Muller逻辑电路功耗优化  73-75
    6.2.1 枚举法静态电路功耗优化策略  73-74
    6.2.2 枚举法静态电路功耗优化算法描述  74-75
  6.3 基于免疫遗传算法的静态混合极性Reed-Muller逻辑电路功耗优化  75-80
    6.3.1 免疫遗传算法  76
    6.3.2 基于免疫遗传算法的静态电路功耗优化算法实现  76-78
    6.3.3 基于免疫遗传算法的静态电路功耗优化算法描述  78-80
  6.4 实验结果及其分析  80-83
  6.5 本章小结  83-85
7 结论与展望  85-87
参考文献  87-91
在学研究成果  91-92
致谢  92

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 数字电路 > 逻辑电路
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