數(shù)字邏輯功能提取器論文

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1、數(shù)字邏輯功能提取器潘FI華童家榕唐璞山復(fù)口大學(xué)電子工程系CAD實(shí)驗(yàn)室，上海（200433）【摘要】木文介紹一種數(shù)字邏輯功能提取丄具DLFE（DigitalLogicFunctionExtractor）。該工具能幫助用戶從平而化的底層邏輯網(wǎng)表中提取出一套功能明確、易于理解和驗(yàn)證的層次化電路圖；在提取的過(guò)程屮也實(shí)現(xiàn)了對(duì)電路的功能分析。它采用人機(jī)結(jié)合的方法，由用戶識(shí)別功能塊（完成一定功能的子電路），由軟件實(shí)時(shí)牛:成網(wǎng)表中用戶選擇的那部分電路的電路圖，幫助用戶識(shí)別功能塊;并在網(wǎng)表中搜尋與用戶識(shí)別出的功能塊同構(gòu)的實(shí)例,通過(guò)歸并把電路提高到更高的層次。整個(gè)過(guò)程是

2、自下而上，不斷迭代的，最后將得到層次化的電路圖。實(shí)驗(yàn)表明，該工具對(duì)電路處理后得到的電路圖具有功能性明確、劃分適當(dāng)、易于理解的特點(diǎn)。關(guān)鍵字：數(shù)字邏輯功能提取，電路圖生成，電路同構(gòu)匹配數(shù)字邏輯功能提取就是分析給定的電路（以文本形式的網(wǎng)表表示），用層次化的方法提取各級(jí)功能模塊，同時(shí)完成邏輯圖的繪制。進(jìn)行功能提取冇助于對(duì)電路的理解和驗(yàn)證，一方面，基于功能劃分的電路易于理解和改進(jìn)；另一方面，基于功能劃分的電路比較容易進(jìn)行驗(yàn)證、定位錯(cuò)謀以及再設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)上人們?cè)诜治鲭娐穮枷Ｍ幸惶淄暾碾娐穲D，（雖然高層設(shè)計(jì)語(yǔ)言的出現(xiàn)提供了另i種理解方式，但是電路圖的作用仍然是無(wú)

3、法完全代替的），事實(shí)上在很多情況下沒(méi)肓可用的電路圖，如用VHDL等高層設(shè)計(jì)語(yǔ)言設(shè)計(jì)得到的電路和未知電路的時(shí)候，往往只有電路的邏輯連接關(guān)系即網(wǎng)表，因此為了分析這類電路，需要有工具來(lái)幫助用戶從網(wǎng)表產(chǎn)生電路圖。在八十年代就有人研究過(guò)怎樣從網(wǎng)表生成電路圖，他們提出了各種關(guān)于美觀的電路圖的可量化標(biāo)準(zhǔn)，如信號(hào)流方向自左向右或自上向下，線交叉數(shù)1-1,線彎曲數(shù)等等。文獻(xiàn)［1］和⑶提出了減少相鄰網(wǎng)個(gè)器件列Z間線交叉數(shù)的算法，文獻(xiàn)［2］介紹了深度優(yōu)先遍歷實(shí)現(xiàn)單信號(hào)流的算法，文獻(xiàn)［4］還考慮到用總線歸并和調(diào)節(jié)器件朝向、可變引腳的位置來(lái)優(yōu)化電路圖的町理解性。這些算法在生成

4、電路圖上是比較有效的?，F(xiàn)有的很多軟件也包括實(shí)現(xiàn)電路圖生成的工具，如Workview的Viewgen［5］,Candence的SchGen［6］,在對(duì)適當(dāng)規(guī)模的網(wǎng)表進(jìn)彳了處理時(shí)，也能生成很好的電路圖。但是這些算法和丁具都忽略了電路圖中的器件數(shù)，即圖的規(guī)模和電路圖所表示的電路的功能性也應(yīng)該是H標(biāo)函數(shù)Z—。對(duì)于較大的電路，如果直接進(jìn)行電路圖生成，不但花費(fèi)的時(shí)間迅速增加，而且牛:成的電路圖由于規(guī)模太大不利于理解，我們可以想象一下一個(gè)由門（而不是觸發(fā)器）構(gòu)成的四位計(jì)數(shù)器的電路圖的口J閱讀程度。至于毫無(wú)功能性可言的隨機(jī)電路不管怎么畫都無(wú)法理解。另一方面，功能明顯

5、、規(guī)模較小，可以彌補(bǔ)前面所說(shuō)的線交叉、線彎曲、對(duì)稱性等目標(biāo)函數(shù)上的不足。因此對(duì)于大規(guī)模的電路來(lái)說(shuō)，用層次化的電路圖表示比較合適，而11每一層的每一個(gè)子電路都要有明確的功能。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了DLFE工具，采用功能塊識(shí)別、自下而上歸并的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)上而所說(shuō)的II標(biāo)。這里所說(shuō)的功能塊泛指完成一定功能（可以是各種級(jí)別）的電路，功能塊識(shí)別是個(gè)交互的過(guò)程，功能塊的判斷由用八完成，工具為用八提供瀏覽整個(gè)電路的手段以幫助識(shí)別。歸并就是用一個(gè)符號(hào)來(lái)代替和應(yīng)的子電路。層次化電路圖的提取過(guò)程就是功能塊識(shí)別、歸并的迭代過(guò)程。這個(gè)過(guò)程中雖然沒(méi)有提到單個(gè)電路圖生成，但是單個(gè)電路圖

6、的生成在功能塊識(shí)別過(guò)程中是不斷被調(diào)用的。應(yīng)該指出的是，雖然在前面把擁有電路圖作為分析的一個(gè)前提，但是在DLFE工具的使用過(guò)程中，這兩者實(shí)際上是統(tǒng)一的，構(gòu)造層次化電路圖這個(gè)過(guò)程也是對(duì)電路進(jìn)行分析的過(guò)程，體現(xiàn)在功能塊識(shí)別過(guò)程中；兩者都是自下而上，対部分電路分析的結(jié)果使我們不必考慮該部分電路的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，只要知道它是完成什么功能就可以了，下一步分析就可以在更高的基礎(chǔ)上進(jìn)行，這恰恰也完成了對(duì)層次化電路圖中某個(gè)子電路的構(gòu)造。而且是相互促進(jìn)的，分析的結(jié)果有利于生成層次化電路圖，而已生成的電路圖乂有利于分析。二、總體策略在大多數(shù)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程屮，-?般采取自上向下、

7、層層細(xì)分的方法，把一個(gè)系統(tǒng)劃分為兒個(gè)子系統(tǒng)，把子系統(tǒng)劃分為模塊，依次類推。要處理的輸入網(wǎng)表往往是通過(guò)這種設(shè)計(jì)方法得到的底層電路實(shí)現(xiàn)，對(duì)它進(jìn)行分析時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)過(guò)程，可以有口下而上的逆過(guò)程，把簡(jiǎn)單的門歸并成功能塊，把功能塊歸并成模塊，模塊歸并成系統(tǒng)。要達(dá)到電路圖的功能性要求，對(duì)軟件來(lái)說(shuō)比較閑難，因?yàn)楹茈y歸納出具有功能性的電路的數(shù)學(xué)表達(dá)式，而且電路的功能在不同層次上種類繁多，不計(jì)其數(shù)。DLFE工具并不試圖自動(dòng)尋找功能塊，而是通過(guò)交互式環(huán)境提供各種瀏覽電路的手段，幫助用戶找到功能塊的一個(gè)實(shí)例。再由工具找出剩下的實(shí)例，用更高層的單元替換。I大I此DLFE工具主

8、要完成兩個(gè)功能：幫助用戶找到功能塊的一個(gè)實(shí)例（功能塊的制作）；尋找剩下的實(shí)例并用符號(hào)來(lái)替換它們（功能塊的匹配