超低功耗可逆逻辑综合算法的研究与实现

摘要

本论文重点研究具有超低功耗特性的可逆逻辑电路的综合算法及其软件实现方法。
　　 论文在简要介绍可逆逻辑电路的基础上，对现有的综合方法进行了分析，提出了新的综合方法并对其进行了软件实现与验证，同时通过对验证结果的分析针对性地提出了已综合电路的优化方案。
　　 可逆逻辑电路的综合过程中需要同时兼顾算法复杂度和生成电路的代价，使综合速度和结果达到相对最优。为实现这一目标，论文中提出了一种基于正戴维决策图(PDD)的可逆逻辑综合算法。该算法首先将逻辑函数转换成对应的PDD，然后结合文中设计的节点电路模板再将PDD转换成对应的可逆逻辑电路。
　　 论文中首先针对性地介绍了可逆逻辑的相关概念、特点，分析了现有综合算法在复杂度、电路代价和在对大电路综合上的不足。并在此基础上详细地阐述了单输出、多输出函数及其节点共享时基于PDD的电路综合流程，论证了PDD算法综合灵活、模板简单的优点。接着，文中对算法的软件实现方案、文件格式、基本数据结构进行了设计，给出了实现方案中各子功能模块的具体实现流程，并通过对比PDD算法和BDD算法对不同类型逻辑函数的综合实验结果，进一步论证了PDD算法速度快、电路代价小、适用于大电路综合等特点。最后，针对PDD算法综合电路的特点，论文在现有可逆电路优化方法的基础上提出了针对性的优化方案，达到了对已综合电路进行优化的目的。
　　 研究和测试结果表明，本文中提出的算法综合速度快、效率高，在对大电路综合时电路代价优于现有的综合方法，提出的优化方案能进一步降低电路的代价，达到了课题预期的研究目标。此外，文中针对PDD算法开发的可逆逻辑综合程序及相关代码可继续用于可逆电路优化和测试模块的开发，为后续开发集成化的可逆逻辑仿真平台奠定了基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．3 研究目标与内容安排

第二章 可逆逻辑现有综合方法分析

2．1 可逆逻辑的量子信息基础

2．1．1 量子比特

2．1．2 量子的纠缠特性

2．2 可逆逻辑简介

2．2．1 量子逻辑门

2．2．2 量子可逆逻辑电路的特点

2．2．3 可逆逻辑综合及其难点

2．3 可逆逻辑综合方法分析

2．3．1 穷举法

2．3．2 变换法

2．3．3 遗传算法

2．4 本章小结

第三章 基于正Davio决策图的可逆逻辑综合算法

3．1 算法的基本原理

3．1．1 综合思想

3．1．2 PDD的电路模板

3．2 算法流程

3．3 多输出函数节点共享

3．3．1 共享节点的综合流程

3．3．2 共享节点时模板的改进

3．4 综合实例

3．4．1 单输出函数综合实例

3．4．2 多输出函数综合实例

3．5 PDD算法的优势

3．6 本章小结

第四章 算法实现与验证

4．1 开发与验证环境

4．2 PDD算法的实现方案

4．3 文件格式

4．3．1 函数文件

4．3．2 电路文件

4．4 核心数据结构

4．4．1 量子门

4．4．2 可逆电路

4．4．3 真值表

4．4．4 PDD

4．5 子功能模块的实现

4．5．1 函数处理

4．5．2 构建PDD

4．5．3 PDD综合

4．6 综合验证

4．6．1 BDD综合

4．6．2 PDD综合

4．6．3 结果分析

4．7 本章小结

第五章 综合电路的优化

5．1 引言

5．2 现有优化方法简介

5．2．1 窗口优化法

5．2．2 模板优化法

5．3 基于PDD综合的可逆电路优化

5．3．1 基于PDD综合电路的特点

5．3．2 优化模板

5．3．3 优化流程

5．3．4 优化实例

5．4 本章小结

第六章 工作总结与展望

6．1 工作总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的科研活动和取得的成果