数字逻辑功能提取器new

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1、数字逻辑功能提取器潘日华童家榕唐璞山复旦大学电子工程系CAD实验室，上海（200433）【摘要】本文介绍一种数字逻辑功能提取工具DLFE（DigitalLogicFunctionExtractor）。该工具能帮助用户从平面化的底层逻辑网表中提取出一套功能明确、易于理解和验证的层次化电路图；在提取的过程中也实现了对电路的功能分析。它采用人机结合的方法，由用户识别功能块（完成一定功能的子电路），由软件实时生成网表中用户选择的那部分电路的电路图，帮助用户识别功能块；并在网表中搜寻与用户识别出的功能块同构的实例，通过归

2、并把电路提高到更高的层次。整个过程是自下而上，不断迭代的，最后将得到层次化的电路图。实验表明，该工具对电路处理后得到的电路图具有功能性明确、划分适当、易于理解的特点。关键字：数字逻辑功能提取，电路图生成，电路同构匹配一、前言数字逻辑功能提取就是分析给定的电路（以文本形式的网表表示），用层次化的方法提取各级功能模块，同时完成逻辑图的绘制。进行功能提取有助于对电路的理解和验证，一方面，基于功能划分的电路易于理解和改进；另一方面，基于功能划分的电路比较容易进行验证、定位错误以及再设计。传统上人们在分析电路时希望有一套

3、完整的电路图，（虽然高层设计语言的出现提供了另一种理解方式，但是电路图的作用仍然是无法完全代替的），事实上在很多情况下没有可用的电路图，如用VHDL等高层设计语言设计得到的电路和未知电路的时候，往往只有电路的逻辑连接关系即网表，因此为了分析这类电路，需要有工具来帮助用户从网表产生电路图。在八十年代就有人研究过怎样从网表生成电路图，他们提出了各种关于美观的电路图的可量化标准，如信号流方向自左向右或自上向下，线交叉数目，线弯曲数等等。文献[1]和[3]提出了减少相邻两个器件列之间线交叉数的算法，文献[2]介绍了深度

4、优先遍历实现单信号流的算法，文献[4]还考虑到用总线归并和调节器件朝向、可变引脚的位置来优化电路图的可理解性。这些算法在生成电路图上是比较有效的。现有的很多软件也包括实现电路图生成的工具，如Workview的Viewgen[5]，Candence的SchGen[6]，在对适当规模的网表进行处理时，也能生成很好的电路图。但是这些算法和工具都忽略了电路图中的器件数，即图的规模和电路图所表示的电路的功能性也应该是目标函数之一。对于较大的电路，如果直接进行电路图生成，不但花费的时间迅速增加，而且生成的电路图由于规模太大

5、不利于理解，我们可以想象一下一个由门（而不是触发器）构成的四位计数器的电路图的可阅读程度。至于毫无功能性可言的随机电路不管怎么画都无法理解。另一方面，功能明显、规模较小，可以弥补前面所说的线交叉、线弯曲、对称性等目标函数上的不足。因此对于大规模的电路来说，用层次化的电路图表示比较合适，而且每一层的每一个子电路都要有明确的功能。为此，我们设计了DLFE工具，采用功能块识别、自下而上归并的方法来实现上面所说的目标。这里所说的功能块泛指完成一定功能（可以是各种级别）的电路，功能块识别是个交互的过程，功能块的判断由用户

6、完成，工具为用户提供浏览整个电路的手段以帮助识别。归并就是用一个符号来代替相应的子电路。层次化电路图的提取过程就是功能块识别、归并的迭代过程。这个过程中虽然没有提到单个电路图生成，但是单个电路图的生成在功能块识别过程中是不断被调用的。应该指出的是，虽然在前面把拥有电路图作为分析的一个前提，但是在DLFE工具的使用7过程中，这两者实际上是统一的，构造层次化电路图这个过程也是对电路进行分析的过程，体现在功能块识别过程中；两者都是自下而上，对部分电路分析的结果使我们不必考虑该部分电路的内部实现，只要知道它是完成什么功

7、能就可以了，下一步分析就可以在更高的基础上进行，这恰恰也完成了对层次化电路图中某个子电路的构造。而且是相互促进的，分析的结果有利于生成层次化电路图，而已生成的电路图又有利于分析。二、总体策略在大多数电路的设计过程中，一般采取自上向下、层层细分的方法，把一个系统划分为几个子系统，把子系统划分为模块，依次类推。要处理的输入网表往往是通过这种设计方法得到的底层电路实现，对它进行分析时，根据设计过程，可以有自下而上的逆过程，把简单的门归并成功能块，把功能块归并成模块，模块归并成系统。要达到电路图的功能性要求，对软件来说

8、比较困难，因为很难归纳出具有功能性的电路的数学表达式，而且电路的功能在不同层次上种类繁多，不计其数。DLFE工具并不试图自动寻找功能块，而是通过交互式环境提供各种浏览电路的手段，帮助用户找到功能块的一个实例。再由工具找出剩下的实例，用更高层的单元替换。因此DLFE工具主要完成两个功能：帮助用户找到功能块的一个实例（功能块的制作）；寻找剩下的实例并用符号来替换它们（功能块的匹配和替换）。