三值FPRM逻辑电路延时最佳极性搜索

摘要

随着半导体制造工艺迅速发展，超大规模集成电路 VLSI（Very Large Scale Integration）的综合性能指标逐渐成为信息产业发展的重要指标之一。由于芯片单位面积的集成度飞速提升，相应的集成电路功耗与延时快速增加，进而阻碍功能电路多样性的发展。传统数字电路采用二值逻辑函数来表示，其电路的单线携带信息能力较低，系统间的数据传输线较多，不利于高速数字信号的处理。与二值逻辑相比，基于多值逻辑的数字电路能有效降低芯片的面积和成本，提高系统整体的通信速度。
　　在多值逻辑电路中，以三值为最小值的基，对应的数字电路较易于实现与操作，因此针对三值电路的研究比较有实用性。三值电路的函数表达式既可以用传统Boolean逻辑进行解析，也可以采取 Reed-Muller（RM）逻辑来解析。对于 RM逻辑，常用的三值逻辑电路主要有混合极性（Mixed-polarity Reed-Muller, MPRM）与固定极性（Fixed-polarity Reed-Muller, FPRM）两种函数表达式。对于输入变量数为 n的三值 FPRM电路，其输出功能函数对应3 n个极性互异的函数展开式，查找表达式的最优极性成为评估延时的关键要素。本文通过对三值 FPRM电路延时优化模型的建立，结合三值列表极性变换方法和仿生群体智能优化算法，针对以下四个方面的内容进行研究：
　　1.基于 XOR/AND逻辑的三值 FPRM电路最佳延时极性搜索：根据三值 FPRM电路函数展开式和类 Huffman算法，评估某一极性下 FPRM电路的延时，并结合三值极性列表变换方法，实现对中小规模三值 FPRM电路的延时最佳极性优化。
　　2.基于自适应粒子群（Self-adaptive Mutation on Particle Swarm Optimization， SMPSO）算法的三值 FPRM电路延时优化：研究基本粒子群算法及其改进的自适应变异粒子群算法，构建三值 FPRM电路延时优化模型，设置适应度函数评估电路延时，实现查找较大规模三值 FPRM电路的延时最佳极性。
　　3.基于蝙蝠算法（Bat-inspired Algorithm, BA）的三值 FPRM电路延时极性优化：研究蝙蝠算法，结合三值 FPRM电路延时模型，建立适应度函数评估电路延时，提出一种三值 FPRM电路的延时优化改进策略。
　　4.基于杂草蝙蝠算法（Invasive Weed Bat Algorithm, IWBA）的三值 FPRM电路延时和面积优化：研究蝙蝠算法，通过引入杂草算子，改进算法的局部搜索能力，并利用该智能搜索算法对三值 FPRM电路的延时和面积极性搜索进行综合优化。
　　文中针对三值 FPRM电路延时的极性优化策略，使用 C语言编程实现，并在Windows中基于 Dev-C++的集成开发环境下调试运行，最后利用 MCNC Benchmark基准测试电路进行实验测试。实验结果表明，结合仿生智能算法，三值 FPRM电路在延时与面积方面的极性优化有较好的效果。

目录

声明

引言

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状及其发展趋势

1.3 内容安排

2 基于XOR/AND逻辑的三值FPRM电路最佳延时极性搜索

2.1 三值FPRM表达式

2.2 三值FPRM极性转换

2.3 三值FPRM电路延时估计模型

2.4 三值FPRM电路延时分解

2.5 三值FPRM电路最佳延时极性搜索

2.6 实验数据与分析

2.7 本章小结

3 基于SMPSO算法的三值FPRM电路延时优化

3.1 三值极性间转换技术

3.2 三值FPRM电路延时评估

3.3 基于SMPSO算法的三值FPRM电路延时优化

3.4 实验数据与分析

3.5 本章小结

4 基于BA算法的三值FPRM电路延时极性优化

4.1 基于BA算法的三值FPRM电路延时最佳极性搜索

4.2 实验数据与分析

4.3 本章小结

5 基于IWBA算法的三值FPRM电路延时和面积极性优化

5.1 三值FPRM电路延时和面积优化模型

5.2 算法的数学模型

5.3 融合杂草算子优化策略

5.4 算法流程

5.5 实验数据与分析

5.6 本章小结

6 结束语

6.1 本文工作小结

6.2 未来工作展望

参考文献

在 学 研 究 成 果

致谢