[发明专利]一种异或-多数逻辑图中的反相器数量优化方法

说明书

本发明公开的异或‑多数逻辑图中的反相器数量优化方法，首先计算XMG中反相器总数并判断XMG中任意一个结点是多数逻辑结点还是异或逻辑结点，然后反复执行优化步骤，且一级优化与二级优化交替执行，直到达到最优的反相器数量为止。本发明不改变XMG的结构，降低了XMG中反相器的数量。本发明方法在基准电路中平均优化17.3%，在应用到量子元胞自动机（QCA）中有2.1%的平均优化。本发明方法能有效降低XMG中反相器的数量，为EDA设计减少成本，同时丰富逻辑综合中反相器优化的研究方法。本发明为异或‑多数逻辑图中的反相器数量的优化提供了一种新思路，既提出了新的设计优化方法，又降低了设计成本，对EDA的发展具有较强的现实意义和实践意义。

技术领域

本发明涉及一种逻辑表达图形的优化方法，具体是一种异或-多数逻辑图(XOR-Majority Graphs,XMGs)中的反相器数量优化方法。

背景技术

XMG(XOR-Majority Graph)是由异或(XOR)、三输入多数门(Majority-of-three)和反相器组成的逻辑表达图形。在过去的几十年里，逻辑综合已经从异构逻辑表达转向同构逻辑表达，这是因为同构逻辑表达具有统一的数据结构，易于操作并且使用较少的内存。为了对算术操作更好的支持和得到更紧凑的逻辑图形表达，研究者在同构逻辑表达图形MIG(Majority-Inverter Graph)中引入了XOR操作，提出了异构逻辑表达图形表示XMG。现如今，XMG已被广泛应用于量子电路综合、精确综合等，对集成电路设计自动化的发展起到巨大的推动作用。

逻辑表达图形直接对应着相应的电路实现，对于一些纳米电路，实现反相器的成本远高于多操作数运算符的物理实现，例如在量子细胞自动机(Quantum-dot CellularAutomata,QCA)中，一个反相器由十三个细胞单元构成，比一个三输入多数逻辑门所使用的细胞数要多一倍。因此，本发明提出一种异或-多数逻辑图中的反相器数量优化方法，通过改变反相器的分布，利用反相器传输规则减少XMG中反相器数量而不改变逻辑功能，从而得到优化的纳米电路设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种异或-多数逻辑图中的反相器数量优化方法，该方法首先计算XMG中反相器总数并判断XMG中任意一个结点是多数逻辑结点(即Majority结点)还是异或逻辑结点(即XOR结点)，然后反复执行优化步骤，且一级优化与二级优化交替执行，直到达到最优的反相器数量为止。本发明优化方法在整个优化过程中，不改变XMG的结构，同时降低了XMG中反相器的数量。本发明方法能有效降低XMG中反相器的数量，为EDA设计减少成本，同时丰富逻辑综合中反相器优化的研究方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种异或-多数逻辑图中的反相器数量优化方法，包括以下步骤：

步骤①：计算出XMG中反相器初始总数C₁；

步骤②：对于XMG中任一结点q，根据该结点的输入连接线的条数M判断该结点的类型，如果M＝3，则判断该结点为多数逻辑结点；如果M＝2，则判断该结点为异或逻辑结点；

步骤③：判断结点q执行反相器传输规则前后所引起的反相器数量的改进值，记为savings；

对于多数逻辑结点，满足如下反相器传输规则(1)或(2)或(3)：

对于异或逻辑结点，满足如下反相器传输规则(4)或(5)：