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高速ASIC设计新理论中的高层次综合算法及软件研究

作　者: 冯彬
导　师: 黄少滨
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 专用集成电路高层次综合数据通路演化程序遗传算法
分类号: TN402
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

随着专用集成电路规模的扩大及其应用的推广，迫切需要缩短设计时间，降低设计难度，以便使不具备数字电路工艺知识的电路设计人员也能够设计出数字集成电路。高层次综合(HLS)系统就起着这样的作用。因此HLS成为国际IC-CAD学界的一个热门，它把算法描述语言(如VHDL)表达的算法转换为用寄存器、传输器描述的硬件结构，其中以数据通路的综合为主体，其余工作皆以此为基础；而在数据通路综合中，操作调度、功能单元分配、连线等均属NP问题，目前该问题的解空间尚未充分了解，如要求得最优解，只有采取穷举搜索法，对于大规模集成电路而言运算量太大，工业中无法承受，故通常都采用启发算法求次优解。演化程序是近年来发展起来的一种性能良好的启发性方法。它模拟生物进化过程，同时考察大批潜在解，以实现对整个解空间的搜索，其特性符合HLS问题的特点，国外有文献把遗传算法用于HLS中。但这些仍显粗糙，计算效率低下，所得解质量不够好，不符合当前复杂的集成电路技术的要求，有改进的必要和余地。本文提出了一种基于演化程序的数据通路综合算法，该算法是将演化程序与已知的启发式算法相结合来对较大的设计空间进行智能化搜索。并且讨论了应用该方法以减少硬件资源成本和缩短总的执行时间为目标，对典型的微分方程电路实施调度、分配和数据通路综合的整体优化过程。同时，为进一步提高高层次综合设计的质量，本文对数据通路的综合过程进行了深入的分析，并由此提出了一种较实用的互连单元分配算法．本文对新理论下的高层次算法的进行了深入研究，目的在于给出高层次综合的算法方案和软件实现的数据结构，为将来建立一个适用面较广，性能良好的HLS原型系统提供服务。

全文目录

第1章绪论  10-19
  1．1 项目背景  10-15
    1．1．1 专用集成电路的发展背景  10-12
    1．1．2 ASIC设计开发技术的发展历史  12-13
    1．1．3 高层次综合的研究历史及其基本功能  13-15
  1．2 问题的提出  15-17
  1．3 论文研究的目的和意义  17-18
  1．4 本文的主要工作  18-19
第2章高层次综合的内容  19-32
  2．1 高层次综合的输入  19
  2．2 高层次综合的输出  19-20
  2．3 高层次综合的过程  20-21
  2．4 设计空间搜索  21
  2．5 高层次综合的基本算法  21-30
    2．5．1 调度算法  21-28
      2．5．1．1 调度算法的分类  22-23
      2．5．1．2 ASAP和ALAP调度算法  23
      2．5．1．3 列表调度算法  23-24
      2．5．1．4 FDS算法  24-25
      2．5．1．5 调度算法的应用实例分析  25-28
    2．5．2 分配算法  28-30
  2．6 本章小结  30-32
第3章数据通路综合及启发搜索  32-38
  3．1 数据通路的综合问题  32-33
  3．2 对调度／分配进行启发搜索的必要性  33-37
    3．2．1 通过启发改变各节点调度次序的必要性  34-35
    3．2．2 通过启发改变FU数量的必要性  35
    3．2．3 对执行操作的FU型号启发搜索的必要性  35-37
  3．3 本章小结  37-38
第4章基于演化程序的HLS算法  38-49
  4．1 演化程序的定义  38-40
  4．2 演化算法在高层次综合中的应用  40-41
  4．3 基于演化程序的数据通路综合算法  41-45
    4．3．1 演化程序综合算法的模型  41-42
    4．3．2 染色体编码方案  42-43
    4．3．3 演化程序综合算法的形式化定义及其实现  43-45
  4．4 应用实例及实验结果  45-47
  4．5 本章小结  47-49
第5章互连单元分配算法的研究  49-57
  5．1 问题的引入  49
  5．2 在高层次综合中的互连单元分配  49-51
  5．3 互连分配算法的实现  51-55
    5．3．1 问题的分析  51-52
    5．3．2 数据通路连接图的表示模型  52-54
    5．3．3 IU—Allocation算法的描述  54-55
  5．4 应用实例及实验结果  55-56
  5．5 本章小结  56-57
第6章系统软件研究及其实现  57-66
  6．1 输入数据格式  57-58
    6．1．1 功能单元库  57
    6．1．2 CDFG拓扑表达文件格式  57-58
  6．2 CDFG数据预处理模块  58-61
    6．2．1 CDFG数据库的建立  58-60
    6．2．2 计算调度CDFG所需FU的最大数量  60-61
  6．3 核心模块  61-65
    6．3．1 初始化种群  61-62
    6．3．2 适应值函数  62-63
    6．3．3 交叉操作  63-64
    6．3．4 变异操作  64
    6．3．5 选择操作  64-65
    6．3．6 收敛条件  65
  6．4 本章小结  65-66
结论  66-67
参考文献  67-72
攻读硕士学位期间所发表的论文  72-73
致谢  73

高速ASIC设计新理论中的高层次综合算法及软件研究

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