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ABC对输入MV文件的解决方案

发布时间:2015-07-06 10:45

  论文关键字:abc mv文件时序 综合

  论文摘要:abc是一款时序逻辑电路的综合和验证的软件系统。abc为查找表和标准块整合了基于aigs(这个图只有与门和非门)的逻辑优化和基于技术映射的最优延迟dag(无回路有向图)。mv是一种为描述时序层次电路系统而设计的语言,它能以层次形式来描述电路系统。abc提供了对输入mv文件的支持,但其对mv文件的时序支持有限,本文讨论了其解决方案。

  1 电路逻辑综合的一些常用方法

  1.1 使用sis优化
  输入.mv文件,经过mv2blif软件处理后,产生.blif文件,然后送入sis综合软件处理,生成优化后的blif文件,如下图所示:


shape \* mergeformat

  图 1.1

  1.2 使用abc优化
  输入.mv文件,经过mv2blif软件处理后,产生.blif文件,然后送入abc处理,生成优化后的blif文件,如下图所示:


  shape \* mergeformat

  图 1.2

  1.3 对比两种方法
  使用sis优化已经是比较陈旧的方法,现在更多的是使用abc进行优化。我们知道,数据结构和算法是一个软件能否成功应用的核心,sis在近几年一些最新的改变中没能提供一个良好的编程环境,比如对技术映射和延迟的整合。而且sis在处理大型电路显得力不从心,效率低下。而abc使用了一种更为简单的数据结构aigs(由两输入的与门和非门组成的多层逻辑网),使得电路综合和验证的质量和运行时间方面都得到很大改进。abc提供了时序和组合的综合算法,其现在版本在优化延迟和启发式的缩小电路面积方面已能优化包含100k门和10k时序元素的门级设计。

  但abc本身就能输入.mv文件,我们能否省去mv2blif的步骤,让abc直接读入mv,从而也能减少错误,提高效率,因为再好的软件或多或少总会存在一些错误,少用一个软件意味着我们能减少更多的错误。所以下面就是我们想要得到的版本:

shape \* mergeformat

  2 研究中发现问题及其原因

  2.1 abc中采用的网络介绍
  在读入特定电路设计文件经过软件处理,就形成当前的网络。abc通过一系列对当前网络的转换来处理这个电路设计类似于sis。abc中的网络有其特定类型,包括netlist,logic network和aig网络,下面简要介绍各个网络。

  2.1.1 netlist网络
  如果编程者在输入文件中加入一个新的类型,想成功通过解析就必须熟悉netlist网络的表示形式,因为解析一个输入文件,netlist网络是必然被创建的。netlist可以说是一个基本原始的网络表示形式,它与输入文件的设计一一对应,包含nets,logic nodes,latches和pi/po 端点。每个net有一个唯一的名字。nodes和latches是由它们所驱动的net来区分。每个nodes和latches只有一个输出。每个pi端点、node和latch驱动一个net。同样每个latch、po端点和功能结点(有一个或多个输入)由一个net驱动。一个net能驱动有仅只有一个latch、node或者po端点。例如,一个net不能同时驱动一个node和一个latch。在netlist中,net与net之间不能相连,非net结点与非net结点也不能相连,只能通过net相连。功能结点采用sops或者aigs来表示。

  2.1.2 logic network网络
  一个logic network实际上是一个netlist去掉nets后的网络,sis就是用logic network网络所表示。在abc,默认的表示是aig网络,但logic network是一种很有效的中间过渡网络表示形式。在logic network网络中只保留 了pi/po/latch/latch-input/latch-output这几种数据结构的名字,丢弃了内部node的名字。因为abc采用aig进行深层次的综合时,一些aig操作很难保存aig结点的名字,比如重写。在logic network中,nodes 能与另一个nodes直接相连。pi/po端点与node直接相连。一个po端点与一个pi端点如果有一样的名字和功能,能直接相连。一个pi端点可能有两个扇出但没有扇入。一个po端点只有一个输入但没有输出。端点并不是一个逻辑node也没有逻辑功能。指向端点的指针集合不能通过一个内部node的dfs遍历方法来获取。在logic network网络中,指向pi/po端点的指针集合储存在相应的数组。

  2.1.3 aig网络
  aig网络是abc中所采用网络的内部主要表示形式。aig是abc所特有的,其每个node是两输入的与门和一个扇入/扇出边,并且这个边有一个可选属性指示是否对该边进行取反。在构造aig的同时,aig能被压缩通过使用一级结构散列,它使得每一对边最多只能做为一个结点输入。这样,结构散列就能保证:对于每个与门结点,就没有其它带相同子结点的与门;没有仅一个输入的结点;每个与门的层次就能反应输入的层次。所有这些,使得操作aigs比较操作logic networks要快很多。

  2.2 发现问题及其根本原因
  在研究的过程中,我们发现会产生abc输入mv文件经过优化后的blif 文件的输入输出的个数与原先读入mv文件的输入输出个数的不一致问题。这是因为abc输入mv文件时,主要经过了两步处理。输入mv时,abc把mv文件转成了netlist,这一步是完全正确的,但在netlist转成aig时,出现了问题,abc把latch的输入当成了主输出,把latch的输出当成了主输入,从而造成了有几个latch,就多了几个输出输入。

  笔者认为根本原因在于,abc对mv文件中的时序电路支持得有限,在将时序转化为组合的过程中,也就是在netlist转成aig时,采用了不正确的方式去除了latch,从而造成了有几个latch,就多了几个输出输入。

  3 问题的解决方案及生成blif

  3.1 解决问题
  在尝试直接把netlist网络转成aig网络时,来处理这个问题,都归于失败。最后不得不考虑在生成的中间网络上找解决方法。

首先,abc处理mv文件的过程如下:

shape \* mergeformat

  然后,我们查看了abc处理blif文件的过程,如下:

  shape \* mergeformat

  经过讨论,我们试想能不能构造出如下的一种处理方法来解决问题:


  经过研究,我们发现这条路是可行的。但在解决的过程中我们发现,.mv文件生成的netlist网络与.blif文件生成的netlist网络存在不同。在前面mv2blif软件的实现方法中寻求灵感,我们试着将这两个相同类型网络转化,最后我们成功解决了这个问题,从而实现了abc对.mv文件能直接进行处理,并且解决了输入输出个数与原先的输入输出个数的不一致的问题。最终实现了如下版本:

shape \* mergeformat

  3.2 生成blif文件
abc中读入mv文件后形成aig网络,要想输出blif文件,可进行如下操作:

shape \* mergeformat

  4 算法实现及举例

  对网络中的功能node进行转换,以下是转换node从aig功能到bdd功能的算法,对于网络只需要用一个遍历,把其所有node转换即可。

ddnode * cuddbddandrecur( ddmanager * manager, ddnode * f, ddnode * g)

{

ddnode *f, *fv, *fnv, *g, *gv, *gnv;

ddnode *one, *r, *t, *e;

unsigned int topf, topg, index;

statline(manager); //循环次数加1

one = dd_one(manager); //返回manger->one,即常数结点1

//得到结点的正则状态,如果结点取过反,则返回没有取反的状态

f = cudd_regular(f);

g = cudd_regular(g);

if (f == g) {

if (f == g) return(f);

else return(cudd_not(one)); //cudd_not为取反

}

if (f == one) {

if (f == one) return(g);

else return(f);

}

if (g == one) {

if (g == one) return(f);

else return(g);

}


/* 检查缓存 */

if (f->ref != 1 || g->ref != 1) {

//如果已经有对f和g取与的情况,则直接返回

r = cuddcachelookup2(manager, cudd_bddand, f, g); if (r != null) return(r);

}

topf = manager->perm[f->index];

topg = manager->perm[g->index];

/* 计算因子 */

if (topf <= topg) {

index = f->index;

fv = cuddt(f);

fnv = cudde(f);

if (cudd_iscomplement(f)) {

fv = cudd_not(fv);

fnv = cudd_not(fnv);

}

} else {

index = g->index;

fv = fnv = f;

}


if (topg <= topf) {

gv = cuddt(g);

gnv = cudde(g);

if (cudd_iscomplement(g)) { //判断g结点是否取过反

gv = cudd_not(gv); //对gv结点取反

gnv = cudd_not(gnv);

}

} else {

gv = gnv = g;

}

t = cuddbddandrecur(manager, fv, gv);

e = cuddbddandrecur(manager, fnv, gnv);


if (t == e) {

r = t;

} else {

if (cudd_iscomplement(t)) {

//如果已经存在以cudd_not(t),cudd_not(e)为孩子的结点,则返回,如没有,则重//新创建一个,并且把index赋值于它。

r = cudduniqueinter(manager,(int)index,cudd_not(t),cudd_not(e));

r = cudd_not(r); //对r结点取反

} else {

r = cudduniqueinter(manager,(int)index,t,e);

}

}

if (f->ref != 1 || g->ref != 1)

cuddcacheinsert2(manager, cudd_bddand, f, g, r); //加入缓存机制

return(r);

} /* end of cuddbddandrecur */


  这里根据算法,我们举例说明结点功能为aig,表达式为a*b的情况,其转换成bdd功能,如下所示:

图4 aig:表示a*b的功能 bdd:表示a*b的功能

  5 总结

  本文简要介绍了传统的逻辑综合方法,并介绍了netlist、logic network与aig的网络形式,在实现从mv文件经过abc处理并优化生成blif文件的过程中,分析了过程中产生问题的根本原因,并解决了abc对读入mv文件的不足,是通过转换了其读入mv文件过程中的网络形式来解决这个问题。最后给出了结点从aig到bdd功能的转换算法,和一个简单的实例。


  参考文献

  [1] the vis group.blif-mv.university of berkeley, may 1996.

  [2] mvsis group.mvsis manual.uc berkeley, february 2001.

  [3] rüdiger ebendt, görschwin fey, rolf drechsler.advanced bdd optimization.university of bremen, 2005.

  [4] berkeley logic synthesis and verification group.abc: a system for sequential synthesis and verification.december 2005 release.~alanmi/abc.

  [5] j. cong and y. ding, “flowmap: an optimal technology mapping algorithm for delay optimization in lookup-table based fpga designs”, ieee trans.cad, vol. 13(1), january 1994, pp. 1-12.

  [6] iwls 2005 benchmarks..

  [7] s. yang.logic synthesis and optimization benchmarks. version 3.0.tech. report. microelectronics center of north carolina, 1991.

  [8] the sis group.berkeley logic interchange format (blif).university of berkeley,

july 1992.

  [9] joachim pistorius, mike hutton, alan mishchenko, robert brayton.benchmarking method and designs targeting logic synthesis for fpgas.university of berkeley, 2007.

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