基于FPGA的组合逻辑电路自动合成的硬件实现

论文摘要

组合逻辑电路的设计是数字电路设计中的重要研究方向之一。过去,大规模组合逻辑电路的设计被认为是只有经验丰富的专家才能胜任的“艺术工作”。在此背景下,关于组合逻辑电路自动合成方法的研究已经成为世界性的研究热点,并受到了越来越多的关注。该方法只用输入需要设计电路的真值表,就能运用算法自动合成出满足设计要求的组合逻辑电路。而可编程逻辑器件由于其内部结构和功能的可重配置优点,使得在硬件上实现组合逻辑电路的自动合成算法成为了可能。本文首先采用基于改进基因表达式的克隆选择算法（IGE-CSA）,用其作为组合逻辑电路自动合成的智能算法。接着,我们使用一种新的硬件描述语言——Handel-C语言为IGE-CSA算法进行模块化编程,从而构建了整个算法的框架并实现了该算法的全部细节。最后,我们通过实验,在基于Altera公司Cyclone II系列FPGA的硬件平台上,成功实现了组合逻辑电路的自动合成。本文根据FPGA的并行工作方式以及高速、高集成度的特点,采用Handel-C语言为IGE-CSA算法进行编程,最终在基于FPGA的硬件平台上,成功实现了组合逻辑电路的自动合成。实验结果表明,用基于FPGA的硬件平台自动合成组合逻辑电路的方法,能获得更好更新颖的组合逻辑电路,并减轻了设计者的负担,降低了组合逻辑电路的设计成本;同时,与软件实现该方法相比,通过硬件实现组合逻辑电路的自动合成,比软件实现的方法平均要快3-4倍,如果能够提高FPGA器件的系统时钟,则用硬件实现该方法的运行速度还可以进一步提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电路自动合成的国内外研究现状
• 1.3 硬件实现电路自动合成算法的研究意义
• 1.4 本文的内容组织及其安排
• 第二章 电路自动合成的算法
• 2.1 几种用于电路自动合成的常用算法
• 2.2 改进基因表达式克隆选择算法
• 2.2.1 基因表达式编码
• 2.2.2 IGE-CSA编码
• 2.2.3 克隆选择算法
• 2.3 IGE-CSA算法的设计
• 第三章 组合逻辑电路自动合成算法的硬件实现
• 3.1 组合逻辑电路设计的研究现状
• 3.2 FPGA 概述
• 3.3 QUARTUS II开发平台简介
• 3.4 HANDEL-C 语言简介
• 3.5 组合逻辑电路的编码方案
• 3.6 基于FPGA 的组合逻辑电路自动合成算法的硬件实现
• 第四章 实验与结论
• 4.1 三输入一输出组合逻辑电路的自动合成
• 4.2 四输入一输出组合逻辑电路的自动合成
• 4.3 对比实验
• 第五章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录A：硕士研究生期间发表论文
• 详细摘要