一种包含无关项的Reed-Muller逻辑电路优化方法
【技术领域】
[00011本发明涉及Reed-Muller逻辑电路优化方法，尤其涉及一种包含无关项的Reed-Muller逻辑电路优化方法。属于逻辑电路技术领域。
【背景技术】
[0002] 逻辑函数既可用布尔逻辑实现，也可用Reed-Muller(RM)逻辑实现。对于异或运算 较为频繁的算术电路、奇偶校验电路和通信电路等电路而言，与布尔逻辑实现形式相比，RM 逻辑实现形式在功耗、面积和速度等方面具有较大的优势。此外，异或门某一输入的变化会 直接引起其输出的变化，所以RM逻辑电路也具有较好的可测试性。RM逻辑的这些特性已引 起人们的广泛关注。RM逻辑电路优化是集成电路逻辑综合的一个重要方面，是对集成电路 优化设计方法体系的重要补充。
[0003] 无关项是布尔表达式中一种特殊的最小项，该项在布尔表达式中出现与否均不会 影响逻辑电路的功能，但会影响电路的结构，进而影响电路的性能。包含无关项的逻辑函数 称为不完全确定逻辑函数，包含无关项的RM逻辑电路称为不完全确定RM逻辑电路。对于一 个包含m个无关项的逻辑函数，可用一组称为"无关项取舍"的二进制数d lCl2. . .cU. . .dm来表 征其相应的无关项是否写入逻辑函数。如果cU为0,表示其对应的无关项不写入逻辑函数； 如果cU为1，则表示其对应的无关项写入逻辑函数。通过确定无关项取舍，可以将不完全确 定逻辑函数变为完全确定逻辑函数，不完全确定RM逻辑电路变为完全确定RM逻辑电路。由 于不同的无关项取舍对应的RM电路结构、功耗与面积等电路性能不尽相同，因此合理利用 无关项可以优化电路性能。
[0004] 然而，现有针对RM逻辑电路的优化方法绝大部分都没有考虑无关项的影响，对包 含无关项的RM逻辑电路的优化方法的研究相对匮乏。此外，包含无关项的RM逻辑极性转换 算法、无关项取舍分配算法以及极性优化算法等均有待完善。因此，发展包含无关项的RM逻 辑电路优化方法是对RM逻辑电路优化方法的重要补充，对集成电路优化设计具有重要意 义。
[0005] 综上所述，现有针对RM逻辑电路的优化研究存在以下问题：
[0006] (1)对RM逻辑电路进行极性优化时，大都没有考虑无关项对电路性能的影响。实际 上，考虑无关项可使RM逻辑电路的优化效果更佳；
[0007] (2)对于考虑无关项的RM逻辑电路优化方法，其极性转换算法、无关项取舍分配算 法以及极性优化算法等均有待完善和提高。
【发明内容】
[0008] 为解决上述问题，本发明提供了一种包含无关项的RM逻辑电路优化方法，本方法 利用列表技术可以快速、有效的将不完全确定布尔逻辑函数转换为零极性不完全确定RM逻 辑函数;通过将极性和无关项取舍一起编码为染色体，利用遗传算法可以快速、有效的获得 对应最佳染色体的最佳RM逻辑函数;通过加入无关项，使得RM逻辑电路的优化空间变大，电 路优化的效果更佳，能够更好地满足RM逻辑电路实际优化的需要。
[0009]具体来说，本发明提供了一种包含无关项的RM逻辑电路优化方法，该方法具体步 骤包括：
[0010]步骤1，利用列表技术将不完全确定布尔逻辑函数转换为零极性不完全确定RM逻 辑函数；
[0011] 步骤2,将零极性不完全确定RM逻辑函数的极性和无关项取舍一起编码为染色体；
[0012] 步骤3,利用遗传算法搜索具有最佳电路性能的最佳染色体;根据搜索到的最佳染 色体得到最佳RM逻辑函数。
[0013] 其中，步骤3包括：
[0014]步骤31，根据电路优化目标，确定目标函数和适应度函数；
[0015]步骤32,对参数进行初始化；
[0016]步骤33,产生初始种群；
[0017]步骤34,计算每个染色体的适应度值；
[0018]步骤35，执行选择、交叉和变异操作；
[0019]步骤36，若满足终止条件，则输出对应最佳染色体的最佳RM逻辑函数;否则返回步 骤34。
[0020] 其中，步骤1包括：
[0021] 步骤11，将一个η输入变量并包含m个无关项的布尔逻辑函数表示成列表的形式， 列表栏为输入变量ΧηΧη-1 · · · Xi · · · X2X1和标志位f，1 < i仝η ;
[0022] 步骤12,将每个最小项的标志位取值设置为1，将m个无关项的标志位取值分别设 置为 di，d2，· · ·，dm，diE {〇, 1}，1 < i < m;列表行为<χηχη-1 · · .Xi · · .X2X1，f> di，cb，· · ·，dm};
[0023] 步骤13,将n赋值给j;
[0024] 步骤14，若存在列表行<xn . . . Xj + iOxj -l. . . xi，f >，则产生新列表行<xn . . . Xj + llXj-l. . .xi,f>；
[0025] 步骤15,对所有新产生的列表行执行步骤16;
[0026]步骤16,除列表行的标志位之外，若新产生的列表行与列表中已经存在的某一列 表行相同，则对这两个列表行的标志位进行异或操作，并将异或操作的结果赋值给已经存 在的这一列表行的标志位，并删除新产生的列表行;否则，将新产生的列表行添加到原列表 的尾部；
[0027]步骤17，对j执行减1操作；
[0028] 步骤18,若j大于或等于1，则返回步骤14;否则，输出零极性不完全确定RM逻辑函 数。
[0029]其中，在步骤2中，若对一个η输入变量并包含m个无关项的不完全确定FPRM逻辑电 路进行优化，贝U染色体可被编码为(ΡηΡη-1. · .Pi. · .P2Pldld2. · .dj. · .dm-ldm)，其中Pi代表第i 个输入变量的极性，l<i<n，Pie{〇，l}，dj代表第j个无关项的取舍，1 < j < m，dj e {〇，1}; 若对一个n输入变量并包含m个无关项的不完全确定MPRM逻辑电路进行优化，则染色体可被 编码为(ΡηΡη-1…Pi…Ρ2ΡΚω 2···(1」···(^-kU，其中Pi代表第i个输入变量的极性，1 < i < 11，？#{0，1，2}，山代表第」个无关项的取舍，1<扒111，(1卢{0，1}。
[0030] 其中，步骤34包括：
[0031] 步骤341，根据染色体中的无关项取舍，确定每个无关项标志位的取值；
[0032] 步骤342,根据每个无关项标志位的取值，得出零极性不完全确定RM逻辑函数的列 表中每个列表行标志位的取值；
[0033]步骤343,删除所有标志位取值为零的列表行，得到零极性完全确定RM逻辑函数；
[0034]步骤344，根据极性转换算法和染色体中指定的极性，得到指定极性下的RM逻辑表 达式；
[0035] 步骤345,根据指定极性下的RM逻辑表达式和适应度函数，得到染色体的适应度 值。
[0036]本发明的有益功效在于：
[0037] (1)利用列表技术可以快速、有效的将不完全确定布尔函数转换为零极性不完全 确定的RM逻辑函数，可以为不完全确定RM逻辑函数的获取提供参考；
[0038] (2)将直接影响电路性能的极性和无关项取舍一起编码为染色体，利用遗传算法 可快速、有效的获得对应最佳染色体的最佳RM逻辑函数；
[0039] (3)加入无关项，使得RM逻辑电路的优化空间增大，电路优化的效果更佳；
【附图说明】
[0040] 图1是本发明的包含无关项的RM逻辑电路优化方法的流程图。
【具体实施方式】
[0041] 以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
[0042] 图1是本发明的包含无关项的RM逻辑电路优化方法的流程图。如图1所示，该方法 包括：
[0043]步骤1，利用列表技术将不完全确定布尔逻辑函数转换为零极性不完全确定RM逻 辑函数；
[0044] 步骤2,将零极性不完全确定RM逻辑函数的极性和无关项取舍一起编码为染色体；
[0045] 步骤3，根据电路优化目标，确定目标函数和适应度函数；
[0046] 步骤4,对参数进行初始化；
[0047]步骤5,产生初始种群；
[0048] 步骤6,计算每个染色体的适应度值；
[0049] 步骤7，执行选择、交叉和变异操作；
[0050] 步骤8，若满足终止条件，则输出对应最佳染色体的最佳RM逻辑函数；否则返回步 骤6〇
[0051] 其中，步骤1包括：
[0052] 步骤11，将一个η输入变量并包含m个无关项的布尔逻辑函数表示成列表的形式， 列表栏为输入变量ΧηΧη-1 · · · Xi · · · X2X1和标志位f，1 < i仝η ;
[0053] 步骤12,将每个最小项的标志位取值设置为1，将m个无关项的标志位取值分别设 置为 di，d2，· · ·，dm，diE {〇, 1}，1 < i < m;列表行为<χηχη-1 · · .Xi · · .X2X1，f> di，cb，· · ·，dm};
[0054] 步骤13,将η赋值给j;
[0055] 步骤14，若存在列表行<χη . . . Xj + iOxj -1. . . χι，f >，则产生新列表行<χη . . . Xj + llXj-l. . .xi,f>；
[0056] 步骤15,对所有新产生的列表行执行步骤16;
[0057]步骤16,除列表行的标志位之外，若新产生的列表行与列表中已经存在的某一列 表行相同，则对这两个列表行的标志位进行异或操作，并将异或操作的结果赋值给已经存 在的这一列表行的标志位，并删除新产生的列表行;否则，将新产生的列表行添加到原列表 的尾部；
[0058]步骤17，对j执行减1操作；
[0059] 步骤18,若j大于或等于1，则返回步骤14;否则，输出零极性不完全确定RM逻辑函 数。
[0060] 其中，在步骤2中，若对一个η输入变量并包含m个无关项的不完全确定FPRM逻辑电 路进行优化，贝U染色体可被编码为(ΡηΡη-1. · .Pi. · .P2Pldld2. · .dj. ·