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包含无关项RM逻辑优化

作　者: 汪迪生
导　师: 汪鹏君
学　校: 宁波大学
专　业: 电路与系统
关键词: Reed-Muller逻辑 无关项 面积优化 功耗优化
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


相对于传统的布尔逻辑实现的电路，利用Reed-Muller（RM）逻辑实现的部分电路（如算术运算电路、奇偶校验电路和通信系统电路等）在面积、功耗以及速度等重要性能上有着更大的优势。RM逻辑电路优化是集成电路逻辑综合的一个重要方面，是集成电路CAD（Computer Aided Design）工具的重要组成部分。以往RM逻辑电路优化时大都不考虑无关项。实际上，加入无关项可使RM逻辑电路优化效果更佳，故本文主要针对包含无关项RM逻辑电路进行优化。RM逻辑电路是一种基于AND/XOR或者OR/XNOR运算基的电路，其最常见的两种展开式为固定极性RM(Fixed-polarity Reed-Muller, FPRM)展开式以及混合极性RM (Mixed-polarity Reed-Muller, MPRM)展开式。FPRM展开式中变量出现方式较为规则，优化空间相对较小，因此，本文首先建立包含无关项FPRM电路优化方法，然后将该优化方法扩展到包含无关项MRPM电路。研究内容主要包括以下五部分：1.包含无关项FPRM展开式极性转换：通过对包含无关项FPRM展开式以及快速列表技术的研究，根据无关项的特点，提出包含无关项FPRM展开式极性转换算法，并结合穷尽算法搜索与项数最少的FPRM展开式。2.包含无关项FPRM电路低功耗最佳无关项取舍搜索：通过对固定极性AND/XOR电路低功耗分解与功耗估计模型的研究，结合包含无关项FPRM展开式极性转换算法与穷尽算法，提出包含无关项FPRM电路低功耗最佳无关项取舍搜索算法。3.基于捕食遗传算法（Genetic Algorithm Based on Predatory Search Strategy, PSGA）的包含无关项FPRM电路面积与功耗优化：通过对捕食搜索与遗传算法的研究，结合包含无关项FPRM展开式极性转换算法与固定极性AND/XOR电路面积与功耗估计模型，提出基于PSGA算法的包含无关项FPRM电路面积与功耗优化算法。4.包含无关项MPRM展开式极性转换：通过对包含无关项MPRM展开式的研究，结合基于系数矩阵的FPRM展开式极性转换算法，提出包含无关项MPRM展开式极性转换算法，并应用于MPRM展开式最小化。5.基于memetic算法的包含无关项MPRM电路面积与功耗优化：通过对memetic算法的研究，结合包含无关项MPRM展开式极性转换算法与混合极性AND/XOR电路面积与功耗估计模型，提出基于memetic算法的包含无关项FPRM电路面积与功耗优化算法。文中所提算法均用C语言编程实现，相关实验结果表明：相对于传统的基于布尔逻辑电路和不包含无关项RM逻辑电路的优化算法，本文算法在RM逻辑电路的面积与功耗优化上有着明显优势。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
引言  11-13
1 绪论  13-18
  1.1 研究背景及意义  13-14
  1.2 研究现状及其发展趋势  14-16
    1.2.1 不包含无关项 RM 展开式极性转换  14-15
    1.2.2 包含无关项 RM 展开式极性转换  15
    1.2.3 RM 逻辑电路性能优化  15
    1.2.4 智能搜索算法研究  15-16
  1.3 内容安排  16-18
2 包含无关项 FPRM 展开式极性转换  18-31
  2.1 逻辑函数的 SOP 展开式与 FPRM 展开式  18-21
    2.1.1 不包含无关项的 SOP 展开式与 FPRM 展开式  18-20
    2.1.2 包含无关项的 SOP 展开式与 FPRM 展开式  20-21
  2.2 极性转换与无关项取舍搜索  21-29
    2.2.1 产生最小项索引表  21-24
    2.2.2 产生无关项索引表  24-26
    2.2.3 搜索最佳无关项取舍  26-29
  2.3 实验及其结果分析  29
  2.4 本章小结  29-31
3 包含无关项 FPRM 电路低功耗最佳无关项取舍搜索  31-38
  3.1 AND/XOR 电路低功耗映射  31-35
  3.2 包含无关项 FPRM 电路最佳无关项取舍搜索  35-36
  3.3 实验结果与分析  36-37
  3.4 本章小结  37-38
4 基于 PSGA 算法的包含无关项 FPRM 电路面积与功耗优化  38-49
  4.1 FPRM 展开式极性转换  38
  4.2 AND/XOR 电路面积与功耗估算  38-40
    4.2.1 AND/XOR 电路面积估算  38-39
    4.2.2 AND/XOR 电路功耗估算  39-40
  4.3 PSGA 算法  40-43
    4.3.1 捕食搜索  40-41
    4.3.2 遗传算法  41-43
  4.4 包含无关项 FPRM 电路面积与功耗优化的无关项取舍搜索  43-46
    4.4.1 编码及适应度函数  43-44
    4.4.2 遗传操作  44-45
    4.4.3 交叉和变异概率的选择  45
    4.4.4 算法描述  45-46
  4.5 实验结果与分析  46-48
  4.6 本章小结  48-49
5 包含无关项 MPRM 展开式极性转换  49-59
  5.1 逻辑函数表示方法  49-52
    5.1.1 不包含无关项的逻辑函数 SOP 展开式与 MPRM 展开式  49-51
    5.1.2 含无关项的逻辑函数 SOP 展开式与 MPRM 展开式  51
    5.1.3 系数矩阵  51-52
  5.2 冗余变量的删除  52-54
  5.3 包含无关项 MPRM 展开式的最小化  54-57
    5.3.1 指定无关项的值  54-56
    5.3.2 MPRM 展开式最小化  56-57
  5.4 实验结果与分析  57-58
  5.5 本章小结  58-59
6 基于 memetic 算法的包含无关项 MPRM 电路面积与功耗优化  59-66
  6.1 MPRM 展开式极性转换  59-60
  6.2 MPRM 电路面积与功耗估算  60
  6.3 Memetic 算法  60-61
  6.4 包含无关项 MPRM 电路面积与功耗优化的极性与无关项取舍搜索  61-64
    6.4.1 编码与适应度函数的构建  61
    6.4.2 进化操作  61-63
    6.4.3 局部搜索  63
    6.4.4 算法描述  63-64
  6.5 实验结果与分析  64-65
  6.6 本章小结  65-66
7 结论与展望  66-68
参考文献  68-71
在学研究成果  71-72
致谢  72

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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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