基于多策略的总线拓扑感知全局布线方法

本发明涉及集成电路计算机辅助设计，具体涉及一种基于多策略的总线拓扑感知全局布线方法。

背景技术：

1、随着半导体产业向纳米时代的发展，现代电子系统的规模迅速增长。在整个超大规模集成电路(very large scale integration，vlsi)的布线过程中将布线分成两大阶段进行处理，分别是全局布线和详细布线。全局布线又可分为2d布线阶段与层分配阶段，首先将多层的布线资源映射到2d平面上，然后在2d平面上完成布线得到一个初始的2d布线结果，之后将2d布线结果中的每条导线分配到各个金属层得到最终的3d布线方案。总线是连接多个终端(引脚)和数据或控制信号传输的一组信号位。随着技术的进步，多芯片模块、i/o引脚和片上存储器的总线结构数量的增加，使得总线布线越来越重要，也使得手动布线成为一项极其复杂的任务。

2、总线的每一个信号位都可以通过传统的布线方法进行布线，但时钟频率的增加使得总线布线过程中出现了特殊的布线约束，其中包括长度匹配约束以及拓扑一致约束。对于同一总线来说，每一个信号位都需要进行协同传输信号，信号抵达的时间相差若是过大将会使传输的信息有误从而导致芯片的数据处理能力变弱，导致芯片的性能的降低，因此在全局布线的过程中考虑总线的拓扑以及长度是十分有必要的。此外对于考虑总线与非总线的全局布线问题，现有的全局布线算法都无法有效地处理总线拓扑一致的问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术当中存在的问题，本发明提出了一种基于多策略的总线拓扑感知全局布线方法，包括以下关键策略：首先，通过flute算法对布线资源进行预估后，提出了一种基于拥塞的拓扑重构算法来对拓扑结构进行优化，有效提高布线空间利用率；其次，构建了一个启发式的拆线重布模型来完成对多信号位的总线进行重新布线，有效降低总线时延；最后，提出了一个自适应调整布线范围以及布线代价函数的迭代方案，以扩大布线过程的布线利用率并有效优化总线拓扑结构的一致性。在多个基准测试上的实验结果表明，本发明提出的算法和相关策略均能够有效优化总线拓扑，从而获得了高质量的2d布线方案。

2、本发明的主要设计点包括以下几个要点：

3、针对flute算法导致线段数量增加、布线空间的利用率降低，且无法保证总线拓扑结构的一致性的缺陷，采用基于拥塞拓扑重构策略，在总线拓扑结构一致性与线网线长之间寻求一个均衡点，以优化布线方案；

4、针对混合单向单调布线humr可能会产生布线资源的冲突，从而导致最终结果中布线产生很大的拓扑偏差的问题，采用考虑总线拓扑的拆线重布算法，在进行重布时考虑整体的拥塞值，保证不同信号位之间的拓扑偏差能达到最小。

5、以及，在迭代布线过程中，由于历史代价函数的确定对最终布线结果有着不可忽视的影响，因此提出一种基于历史偏差的代价函数cost(n)，且该历史代价函数随着迭代过程进行自适应修改调整。

6、为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

7、一种基于多策略的总线拓扑感知全局布线方法，其特征在于：针对flute算法导致线段数量增加、布线空间的利用率降低，且无法保证总线拓扑结构的一致性的缺陷，采用基于拥塞拓扑重构策略，在总线拓扑结构一致性与线网线长之间寻求一个均衡点，以优化布线方案；

8、针对混合单向单调布线humr可能会产生布线资源的冲突，从而导致最终结果中布线产生很大的拓扑偏差的问题，采用考虑总线拓扑的拆线重布算法，在进行重布时考虑整体的拥塞值，保证不同信号位之间的拓扑偏差能达到最小。

9、进一步地，所述针对flute算法导致线段数量增加、布线空间的利用率降低，且无法保证总线拓扑结构的一致性的缺陷，采用基于拥塞拓扑重构策略，在总线拓扑结构一致性与线网线长之间寻求一个均衡点，以优化布线方案，具体包括以下步骤：

10、步骤11：选出一组线网布线代价最大的线网组；

11、步骤12：遍历线网组中所有的伪steiner点，确认其周围的拥塞程度；

12、步骤13：剔除拥塞程度最大的伪steiner点后通过prim算法重新构造两端线网；

13、步骤14：对步骤13所构造的两端线网进行拆线重布。

14、进一步地，遍历每一个可能要被剔除的伪steiner点，根据其两端线网计算拥塞代价vtotal，再剔除拥塞代价最大的点；vtotal的计算方式如下：

15、

16、

17、将拥塞程度用于计算构建两端线网所需的代价函数vpath，计算方式为：

18、

19、其中，path表示以伪steiner点为端点的路径，e∈path表示路径中的每条边，d(e)表示边e的拥塞值，n表示以该伪steiner点为端点的路径数量，d(pathi)表示该路径的拥塞代价之和，c(e)表示边e的容量。

20、进一步地，针对混合单向单调布线humr可能会产生布线资源的冲突，从而导致最终结果中布线产生很大的拓扑偏差的问题，采用考虑总线拓扑的拆线重布算法，在进行重布时考虑整体的拥塞值，保证不同信号位之间的拓扑偏差能达到最小，具体包括以下步骤：

21、步骤21：将选定的总线引脚对与布线区域中的非总线引脚对的布线路径进行拆除，拆除非总线的布线路径以保证布线局域内布线空间足够充足；

22、步骤22：通过考虑整体的布线空间，为第一个信号位选择布线资源最为充足的布线路径，随后之后的每一条路径都以第一个信号位路径进行校准，以保证拓扑偏差与布线代价最小；

23、步骤23：对其余非总线引脚对进行布线以保证最终结果的连通性。

24、进一步地，在迭代布线过程中，采用基于历史偏差的代价函数cost(n)，且该历史代价函数随着迭代过程进行自适应修改调整；cost(n)的计算方式如下所示：

25、

26、其中，p表示布线路径；be是布线代价且包括放置边的代价；ct是放置边所属区域的拥塞代价；dt是总线拓扑偏差代价；

27、

28、

29、其中，ε是自定义的参数；i是迭代的次数；c(e)代表相邻g-cell之间可用的布线轨道数量，而d(e)则表示实际已使用的布线轨道数量。

30、进一步地，在代价函数中加入偏差代价dt；dt的计算方式如下所示：

31、

32、其中，α与β是自定义的参数，b为总线线网组的数量。

33、相比于现有技术，本发明及其优选方案的主要区别和优势包括：

34、1.在布线过程中，基于flute算法对布线资源进行预估后，提出了一种基于拥塞的拓扑重构算法来对拓扑结构进行优化，有效提高布线空间利用率。

35、2.设计一种启发式的拆线重布模型来完成对多信号位的总线进行重新布线，此外在拆线重布模型中运用了一种考虑拓扑结构的寻路算法，通过考虑布线空间的分布寻找最为合适的总线路径，有效降低总线时延。

36、3.在迭代布线过程中，提出了一个自适应调整布线范围以及布线代价的迭代方案，进一步优化了总线拓扑结构的一致性。实验结果表明，本发明提出的算法和相关策略均能够有效减少总线的拓扑偏差。