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申请/专利权人：宁波大学

摘要：本发明公开的矩阵表示的纳米CMOS电路常开缺陷的快速映射方法，首先对三种纳米CMOS电路常开缺陷进行定义，再根据纳米CMOS电路连通域约束和电路缺陷情况，将给定的纳米CMOS电路构造为纳米CMOS矩阵表示；然后根据待映射的逻辑电路中节点间的扇入扇出关系，将逻辑电路构造为逻辑矩阵表示；之后建立两种矩阵的匹配规则并采用进化算法完成矩阵间可匹配元素的搜索；最后通过对两种矩阵进行元素匹配完成单元映射。本发明能够简化电路映射复杂度，提高电路求解效率和求解规模，减小映射面积，在提高单元利用率和映射成功率情况下，快速消除常开缺陷对纳米CMOS电路逻辑功能的影响，从而快速、有效地完成纳米CMOS电路常开缺陷的容错映射。

主权项：1.一种矩阵表示的纳米CMOS电路常开缺陷的快速映射方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤①：对于任一包括输出纳米线层、输入纳米线层、若干个可编程纳米二极管和底层CMOS反相器阵列的纳米CMOS电路，若任一可编程纳米二极管始终处于断路状态，造成其所连接的两个纳米CMOS单元间的信号通路一直处于断开状态，定义该缺陷为可编程纳米二极管常开缺陷；若任一输出纳米线或输入纳米线在非周期性断点处发生不规则断裂，造成其所连接的纳米CMOS单元的连通域减小，定义该缺陷为纳米线非周期性断裂缺陷；若该纳米CMOS电路结构在自组装过程中，任一界面接口引脚未与输出纳米线或输入纳米线精准对齐，造成该界面接口引脚连接的输出纳米线层或输入纳米线层与底层CMOS反相器阵列一直处于断路状态，定义该缺陷为界面接口引脚常开缺陷；步骤②：对于给定的纳米CMOS电路，从边缘首个纳米CMOS单元开始，按照从左到右、从上到下的顺序对各个纳米CMOS单元进行编号；根据纳米CMOS电路连通域约束和电路缺陷情况，将给定的纳米CMOS电路构造为纳米CMOS矩阵，记为CM，其中CM的行号和列号均表示纳米CMOS单元的编号；将给定的纳米CMOS电路中任一纳米CMOS单元c2的输出纳米线与该电路中任一纳米CMOS单元c1的输入纳米线之间的纳米二极管记为nc1,c2，nc1,c2＝0表示纳米CMOS单元c2的输出纳米线与纳米CMOS单元c1的输入纳米线之间的纳米二极管功能正常，nc1,c2＝1表示纳米CMOS单元c2的输出纳米线与纳米CMOS单元c1的输入纳米线之间的纳米二极管存在可编程纳米二极管常开缺陷；将给定的纳米CMOS电路中任一纳米CMOS单元c的连通域记为Dc，将CM中矩阵元素记为vcc1,c2，可编程纳米二极管常开缺陷矩阵表示形式为： 其中，当纳米CMOS单元c2位于纳米CMOS单元c1的连通域内，且连接纳米CMOS单元c2与纳米CMOS单元c1的纳米二极管存在可编程纳米二极管常开缺陷时，vcc1,c2＝-1；当纳米CMOS单元c2不在纳米CMOS单元c1的连通域内时，vcc1,c2＝0；当纳米CMOS单元c2位于纳米CMOS单元c1的连通域内，且连接纳米CMOS单元c2与纳米CMOS单元c1的纳米二极管功能正常时，vcc1,c2＝1；对于纳米线非周期性断裂缺陷，在CM矩阵表示中，将该缺陷等效为可编程纳米二极管常开缺陷的矩阵表示；对于界面接口引脚常开缺陷，界面接口引脚常开缺陷所在纳米CMOS单元为缺陷单元，该缺陷单元无法与其连通域内其它所有纳米CMOS单元正常通信，在映射过程中规避该缺陷单元，不将逻辑电路节点映射于该缺陷单元上，在CM矩阵表示中，剔除该缺陷单元所在行、列的相关矩阵信息；步骤③：对于待映射的逻辑电路，对其每个逻辑电路节点分配一个整数值并进行编号；根据逻辑电路节点间的连接关系，对于任一逻辑电路节点g，定义Fing表示逻辑电路节点g的扇入；根据逻辑电路节点间的扇入扇出关系，将逻辑电路构造为逻辑矩阵，记为LM，其中LM的行号和列号均表示逻辑电路节点的编号，将LM中的逻辑电路节点g1对应的行与逻辑电路节点g2对应的列的交叉点处的元素记为vlg1,g2，取值如下： 其中，当逻辑电路节点g1是逻辑电路节点g2的扇入时，vlg1,g2＝1，否则vlg1,g2＝0；步骤④：建立LM和CM矩阵的匹配规则：待映射的逻辑电路中有扇入扇出关系的两个逻辑电路节点所映射的两个纳米CMOS单元需满足连通域约束且其纳米CMOS单元组成部件功能正常，LM和CM矩阵匹配的表现形式为：vlg1,g2＝1只能对应vcc1,c2＝1；定义符号‘→’表示LM和CM中矩阵元素对应关系，v表示LM和CM中矩阵元素匹配情况，则v取值如下： 其中，v＝1表示LM中元素vlg1,g2与CM中元素vcc1,c2匹配成功，反之，LM中元素vlg1,g2与CM中元素vcc1,c2匹配失败；因此，LM和CM矩阵匹配成功的标志为：LM中所有元素vlg1,g2与CM中元素vcc1,c2的匹配情况满足式3；步骤⑤：根据建立的LM和CM矩阵的匹配规则，采用进化算法进行矩阵间可匹配元素的搜索，随机生成48个个体组成种群，令种群中每一个体表示一个CM，每个CM代表一个解；步骤⑥：种群生成完毕后，采用适应值函数对种群中每个个体进行评估，该适应值函数直接反应解的质量，适应值越大，表示LM中元素匹配失败的数目越少，解的质量越好；适应值函数定义如下： 其中，k为LM中vlg1,g2＝1的元素数目总和；va表示LM中第a个元素vlg1,g2＝1的匹配结果，va＝1表示LM中第a个元素匹配成功，va＝0表示LM中第a个元素匹配失败；γ是一个大于或等于1的常数；步骤⑦：若当前种群是第一代，转至步骤⑧；若当前种群不是第一代，则将生成的两个子代加入种群，根据适应值函数，计算种群中每个个体的适应值，并根据适应值大小进行降序排序，若子代的适应值比父代的适应值好，取最优的48个个体组成新一代种群，转至步骤⑧；若子代的适应值不如父代，则转至步骤⑩；步骤⑧：计算种群中每个个体的适应值与种群中所有个体的适应值总和的比值；对于种群中的任一个体i，设其适应值为fi，种群规模为NP，则该个体i的选择概率Pi表示为： 得到个体i的选择概率后，采用轮盘法实现选择操作，令： 其中Q1是种群中第1个个体的选择概率，Ql是种群中前t个个体的累计选择概率，t≤NP，QNP＝1；每次选择操作，轮盘共旋转NP次，每次旋转时随机生成一个介于0，1之间的浮点数λ，若满足Qi-1≤λQi，则种群中个体i出现的次数自增1；NP次旋转结束，选择出现次数最多的两个个体作为亲代进行遗传操作，遗传操作包括交叉和变异；步骤⑨：纳米CMOS单元数多于待映射的逻辑电路节点数，即CM尺寸大于LM，设LM大小为N×N，CM大小为M×M，MN，取CM左上角大小为N×N的子矩阵与LM进行匹配，则CM的后M﹣N行的排列次序不会影响子矩阵的匹配结果；在亲代中，每个数字表示CM的行编号，将两个亲代的各自内部行编号进行位置互换，即为交叉操作，交叉操作选取的行编号必须同时位于CM的前N行内；一个纳米CMOS单元能且只能被一个逻辑电路节点所映射，在进行交叉操作时，若CM中的第m行与第n行进行位置互换，则第m列和第n列也进行位置互换，其中mN，nN；完成交叉操作后，得到两个子代，返回步骤⑦；步骤⑩：在CM中，将亲代中的第p行与第q行进行位置互换，则第p列和第q列也进行位置互换，即为变异操作，其中，pN，NqM；变异操作随机选取的两个行编号中的一个行编号位于前N行内，另一个行编号位于后M﹣N行内；完成变异操作后，生成两个子代；步骤当变异操作结束后，重复步骤⑦-步骤⑩，进行种群的新一轮迭代，直至LM中违反式3的元素个数为0，本次矩阵匹配映射完毕，最终在存在常开缺陷的纳米CMOS电路实现正确的逻辑功能。

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