[发明专利]一种数字电路逻辑函数的最佳蕴含逻辑表示方法

说明书

本发明公开的数字电路逻辑函数的最佳蕴含逻辑表示方法，首先根据定义的布尔变量来描述蕴含逻辑中的约束条件，得到以合取范式CNF表示的约束文件，设置不同的实质蕴含逻辑操作数，编码得到CNF约束文件，再将CNF约束文件传送给SAT求解器，直到SAT求解器找到满足约束条件的布尔变量赋值并返回代表最优解的结果SAT，从而确保找到数字电路逻辑函数的最佳蕴含逻辑表示形式。本发明方法在所有的三输入数字电路逻辑函数中，优化了74个函数。本发明方法能够有效降低以实质蕴含为基本运算集的逻辑图形结构中结点的数目，当被运用于忆阻器电路中时，可减少忆阻器的数目，降低忆阻器电路的设计成本，同时丰富逻辑综合中实质蕴含逻辑的研究方法。

技术领域

本发明涉及涉及一种蕴含逻辑表示方法，具体是一种数字电路逻辑函数的最佳蕴含逻辑表示方法。

背景技术

1971年，蔡少棠教授在电路理论及对称性原理的基础上推测一种新型的基本电路元件,并将其称为“忆阻器”，即有记忆性的电阻。随后，HP(惠普公司)实验室在开发替代晶体管开关的分子级产品时开发出纳米忆阻器，并利用双忆阻器的开关特性实现了实质蕴含(Material Implication,IMP，逻辑表达式逻辑操作。实质蕴含是两变量基本逻辑运算之一，也可与逻辑常量“0”一起构成逻辑运算的完备基，这意味着利用蕴含操作可以实现任意逻辑运算。若将其与忆阻器的记忆功能相结合，可以构成一种新计算范式，即在同一颗芯片中储存数据时执行计算任务，从而实现存储与计算的动态切换。

先前研究者们通过利用学术逻辑综合工具ABC得到电路的蕴含逻辑表示，首先读入一个电路并存储为以“AND,INV”为基本运算集的逻辑图形结构(And-Inverter Graphs,AIG)，再通过映射得到仅以“IMP”为基本运算集的逻辑图形结构。然而这种方法得到的结果并不是最佳，因为在AIG中的反相器一对一映射时需要一个实质蕴含逻辑操作来实现，这种情况会造成冗余。

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，利用基于布尔可满足性(Satisfiability,SAT)的精确综合算法来求解数字电路逻辑函数的最佳蕴含逻辑表达式，得到一种数字电路逻辑函数的最佳蕴含逻辑表示方法，本发明方法能够有效降低以实质蕴含为基本运算集的逻辑图形结构中结点的数目，当被运用于忆阻器电路中时，可减少忆阻器的数目，降低忆阻器电路的设计成本，同时丰富逻辑综合中实质蕴含逻辑的研究方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种数字电路逻辑函数的最佳蕴含逻辑表示方法，包括以下步骤：

步骤①、定义布尔变量

定义三个布尔变量：x_it、g_hi和s_ijk，其中x_it表示数字电路中第i个逻辑门x_i在数字电路逻辑函数真值表第t行中的取值；如果逻辑门x_i的输出为数字电路中第h个原始输出g_h，则布尔变量g_hi的值为true，否则为false；如果逻辑门x_i的两个输入分别是x_j和x_k，并且逻辑门x_i执行实质蕴含逻辑运算，则布尔变量s_ijk的值为true，否则为false；其中，j和k的取值范围为：1≤ji,0≤ki,j≠k；

步骤②、将蕴含逻辑中的约束问题转换成合取范式公式，即CNF公式

以仅含“IMP”运算的逻辑图形结构作为逻辑函数表示，即以“IMP”为基本运算集的逻辑图形结构中除了原始输入和原始输出外，每个逻辑门均执行实质蕴含逻辑操作，由此得到蕴含逻辑中的主要约束条件为：