本发明涉及一种三值FPRM电路功耗优化方法，尤其是涉及一种利用穷举法的三值FPRM电路功耗优化方法。
背景技术：
随着集成电路规模和集成度的不断发展,数字电路必定会遭遇功耗、面积与速度等问题。传统的数字电路大都采用二值逻辑,但是二值信号信息含量低已成为制约集成电路发展的主要因素。而多值逻辑电路增加了单线携带信息的能力,能有效提高空间或时间的利用率,减少数字系统的连线,节省电路面积与成本。基数为3的三值逻辑在多值逻辑代数系统中基数最小，容易实现，具有代表性。任意逻辑函数均可以用布尔逻辑和Reed-Muller(RM)逻辑来表示,与传统的布尔逻辑电路相比,基于RM逻辑的电路具有以下三个方面的优势：首先,在某些功能电路(如通信电路、奇偶校验电路、运算电路等)中,用RM逻辑表示的电路在功耗、面积和速度等方面体现出了巨大的优势；其次,用RM逻辑表示的电路可测性强；最后,用RM逻辑表示的电路结构更加紧凑。RM逻辑函数通常采用固定极性(Fixed-polarityReed-Muller,FPRM)和混合极性(Mixed-polarityReed-Muller,MPRM)两种表达方式。在n变量的三值FPRM逻辑函数中有3n个固定极性，3n个固定极性对应有3n个不同的三值FPRM表达式，三值FPRM表达式的简单与否由其对应的极性决定，而三值FPRM表达式的简单与否直接决定了三值FPRM电路的功耗和面积等性能指标，因此，极性对FPRM电路的功耗、面积等性能指标产生很大的影响。由于多值逻辑和RM逻辑的诸多优点，国内外许多专家学者对多值RM逻辑进行了研究。然而国内外专家学者主要集中研究多值RM逻辑电路极性转换技术,对于多值RM电路的功耗优化技术未进行研究。鉴此，设计一种利用穷举法的三值FPRM电路功耗优化方法，对三值FPRM电路功耗优化具有重要意义。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用穷举法的三值FPRM电路功耗优化方法。该优化方法利用穷举法实现三值FPRM电路的最佳极性搜索，由此实现三值FPRM电路的功耗优化，功耗优化效果显著。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种利用穷举法的三值FPRM电路功耗优化方法，包括如下步骤：①建立三值FPRM电路的功耗估计模型：①-1将三值FPRM电路采用三值FPRM逻辑函数表示为如下形式：其中,n为函数fp(xn-1,xn-2,…,x0)的变量数，xn-1,xn-2,…,x0表示函数fp(xn-1,xn-2,…,x0)的n个输入变量，p表示函数fp(xn-1,xn-2,…,x0)的极性，极性p用n位三进制形式表示为pn-1pn-2…p0，pj∈{0,1,2}，j＝0,1,2,…,n-1，⊕表示多输入模3加运算，∑为累加符号，符号“*”表示乘号，i＝0,1,2,…,3n-1，i用n位三进制形式表示为in-1in-2…i0，ij∈{0,1,2},ai为FPRM系数；ai∈{0,1,2}；∏表示多输入模3乘运算，的展开式为：其中极性p和下标i决定变量的表示形式；①-2p极性下的三值FPRM逻辑函数包含两类多输入运算，两类多输入运算分别为多输入模3加运算和多输入模3乘运算，根据三值FPRM逻辑函数展开式将三值FPRM逻辑函数分解为多个多输入模3加运算和多个多输入模3乘运算，然后将每个多输入运算分别分解为二输入运算，得到二输入模3加运算和二输入模3乘运算，具体分解过程为：将多输入运算的第1个输入变量和第2个输入变量作为第一个二输入运算的两个输入变量，得到第一个二输入运算的输出变量；将第一个二输入运算的输出变量和多输入运算的第3个输入变量作为第二个二输入运算的两个输入变量，得到第二个二输入运算的输出变量；将第二个二输入运算的输出变量和多输入运算的第4个输入变量作为第三个二输入运算的两个输入变量，得到第三个二输入运算的输出变量；依此类推，直到所有的多输入运算的输入变量作为二输入运算的输入变量，完成多输入运算的分解；将p极性下的三值FPRM逻辑函数分解后得到多个多输入模3加运算和多个多输入模3乘运算，多输入模3加运算也称为多输入模3加门，多输入模3乘运算也称为多输入模3乘门，将p极性下三值FPRM逻辑函数分解后的多输入模3加门的数量记为N,将p极性下三值FPRM逻辑函数分解后的多输入模3乘门的数量记为W；将每个多输入模3加运算分解后得到多个二输入模3加运算，将每个多输入模3乘运算分解后得到多个二输入模3乘运算，二输入模3加运算也称为二输入模3加门，二输入模3乘运算也称为二输入模3乘门；将第u个多输入模3加门分解后的二输入模3加门的数量记为Nu,u＝1,2,…,N；将第o个多输入模3乘门分解后的二输入模3乘门的数量记为Wo，o＝1,2,…,W；①-3将p极性下的三值FPRM逻辑函数分解后得到的所有二输入模3加门和二输入模3乘门引起的功耗作为p极性下的三值FPRM电路的功耗，二输入模3加门引起的功耗采用其开关活动性表示，二输入模3乘门引起的功耗采用其开关活动性表示，门电路的开关活动性用其输出端的输出变量概率表示，二输入模3加门引起的功耗采用其输出端的输出变量概率表示，二输入模3乘门引起的功耗采用其输出端的输出变量概率表示；①-4根据公式(2)、(3)和(4)计算第u个多输入模3加门分解后的第k个二输入模3加门的输出变量概率；k＝1,2,…,Nu；P1(k)u＝Pky11*Pky20+Pky10*Pky21+Pky12*Pky22(2)P2(k)u＝Pky12*Pky20+Pky11*Pky21+Pky10*Pky22(3)P0(k)u＝1‐P1(k)u‐P2(k)u(4)根据公式(5)、(6)和(7)计算第o个多输入模3乘门分解后的第g个二输入模3乘门的输出变量概率，g＝1,2,…,Wo：Q1(g)o＝Qgr11*Qgr21+Qgr12*Qgr22(5)Q2(g)o＝Qgr11*Qgr22+Qgr12*Qgr21(6)Q0(g)o＝1‐Q1(g)o‐Q2(g)o(7)其中，P1(k)u表示第u个多输入模3加门分解后的第k个二输入模3加门输出变量为1的概率，P2(k)u表示第u个多输入模3加门分解后的第k个二输入模3加门输出变量为2的概率，P0(k)u表示第u个多输入模3加门分解后的第k个二输入模3加门输出变量为0的概率，y1和y2表示二输入模3加门的两个输入变量，m∈{0,1,2}，当k＝1时，Pky1m为多输入模3加运算的第1个输入变量为m的概率，Pky2m为多输入模3加运算的第2个输入变量为m的概率，当k>1时，Pky1m为第k-1个二输入模3加门输出变量为m的概率，Pky2m为多输入模3加门的第k+1个输入变量为m的概率；Q1(g)o表示第o个多输入模3乘门分解后的第g个二输入模3乘门输出变量为1的概率，Q2(g)o表示第o个多输入模3乘门分解后的第g个二输入模3乘门输出变量为2的概率，Q0(g)o表示第o个多输入模3乘门分解后的第g个二输入模3乘门输出变量为0的概率，r1和r2表示二输入模3乘门的两个输入变量；当g＝1时，Qgr1m为多输入模3乘运算的第1个输入变量为m的概率，Qgr2m为多输入模3乘运算的第2个输入变量为m的概率，当g>1时，Qgr1m为第g-1个二输入模3乘门输出变量为m的概率，Qgr2m为多输入模3乘门的第g+1个输入变量为m的概率；输入变量xj为1和2的概率是由随即函数产生的概率对(P1,P2)，P0＝1-P1-P2；P0，P1和P2分别为0到1之间某个值，P0表示输入变量为0的概率，P1表示输入变量为1的概率，P2表示输入变量为2的概率；①-5根据二输入模3加门的输出变量概率和二输入模3乘门的输出变量概率计算三值FPRM电路的功耗，将三值FPRM电路的功耗估计模型表示为：其中，Eswd表示p极性下三值FPRM电路的功耗，N为p极性下三值FPRM逻辑函数分解后的多输入模3加门的数量,W为p极性下三值FPRM逻辑函数分解后的多输入模3乘门的数量；②采用穷举法对三值FPRM电路进行功耗最佳极性搜索，得到三值FPRM电路的功耗最佳极性和该功耗最佳极性下三值FPRM电路的最小功耗。所述的步骤②中采用穷举法对三值FPRM电路进行功耗最佳极性搜索的具体步骤为：②-1采用三值FPRM电路的功耗估计模型计算最大极性下的三值FPRM电路功耗，将最大极性作为最佳极性，将最大极性下的三值FPRM电路的功耗作为最小功耗；②-...