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- やすもり なみこし
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1 論理の合成 HDLからの合成 n HDLから初期回路を合成する u レジスタの分離 u 二段 ( 多段 ) 論理回路への変形 n 二段論理回路の分割 n 多段論理回路への変形 n 多段論理回路の最適化 n テクノロジマッピング u 面積, 速度, 消費電力を考慮したライブラリの割当 1
2 レジスタの分離 process (clk) begin if clk event and clk = 1 then Q 1 <= ; Q2 <= ; end if; end process; Q1,Q2 がレジスタになる. ( パターンをつかんでレジスタを認識する ) VHDL の場合 2
3 レジスタの分離 (posedge clk) then Q 1 <= ; Q2 <= ; end; Q1,Q2 がレジスタになる. ( パターンをつかんでレジスタを認識する ) Verilog-HDL の場合 3
4 !"#$%& ++ /!!" '#(#)*,-. 合成される初期回路 4
5 初期回路の合成 この部分を組み合わせ論理回路で表現したものが初期回路となる. 5つの入力 x1,x2,x3,x4,x5 2つの出力 y1,y2 (1) 真理値表を作る 二段論理回路 (2) 多段論理回路を直接合成 5
6 !"#"!"#$!"!"#%!$#"!$#$!$!$#% &$ &" &$ 6
7 !"!#!"!# ()&) (*&)!#!$ %&% %&% %'%!" (*&* ()&" (*&" ()&* 7
8 $& $' $% $& $%!" ()( $% $& ()(!# (*( Don t care/ 定数なので消去できる $# $" $# 8
9 二段論理最適化 n カルノーマップ (Karnaugh Map) n クワイン マクラスキ法 (Quine-McCluskey method) n ヒューリスティックな方法 u MINI, MINI II u ESPRESSO, ESPRESSO II u PRESTO, etc. 9
10 クワイン マクラスキ法 (Quine-McCluskey method) n 加法標準形から最も簡単な AND-OR 形論理式を求める組織的な方法. n カルノーマップによる簡単化を組織的にしたもの. n 最小カバー問題は素項の数に対して NP. n 素項の数は最悪指数 ( 指数の指数 ) n 手順 t 最小項の分類 t 圧縮操作による主項の導出 t 主項と最小項による包含図の作成 t 最小項を包含する必要最小限の主項の選択 t AND-OR 形論理式の作成 10
11 が付かないものが主項 (prime implicant) 最小項 (minterm) の分類圧縮操作による主項の導出 11
12 主項と最小項による包含図の作成 最小被覆問題は NP ハード 12
13 最小項を消去 最小項を消去 主項を消去 最小項を包含する必要最小限の主項の選択 13
14 Essential Term だけではすべての最小項を包含できない例 14
15 MINI n 併合 (Merge) n 否定 (Complement) n 拡大 (Expand), 縮小 (Reduce), 整形 (Reshape) n Repeat until number of terms not decreased. n 10~20 変数 数千リテラルまで現実的に扱える. n 厳密な計算量は不明. 15
16 (1) (2) 距離 1の積項を併合 Given Boolean function (3) Merge Expand 1,2 を拡大 Complement 16
17 (4) 4,5 を整形 (5) Reduce 3 を縮小 Reshape Reshape 6,7 を整形 (3 ) 8,9 を拡大 (5 ) Expand 17
18 n Factoring n Weak division n Functional decomposition n Local transformation n Satisfiability don t care (SDC) n Observability don t care (ODC) n Transduction method n Boolean relation 多段論理最適化 18
19 Factoring 19
20 Objective function w(h-1) 20
21 Local transformation 21
22 Local transformation cont d 22
23 Local transformation cont d De Morgan s Rule 23
24 Satisfiability don t care (SDC) n SDC = h y h = h(x1,,xn) z = z(x1,,xn,y) y は x1,,xn に依存するため, B の入力には決して生じない組み合わせが存在する C Design this function 24
25 A の真理値表!"#$$$$#!% & " B の真理値表 片方は Don t Care!"#$$$$#!%###& ( " '! ( C( 全体 ) の真理値表 A が出力するのは片方!"#$$$$#!% & ' SDC = h y A の回路が複数の関数を出力する場合は論理和をとればよい. 25
26 h1 = x1 x2, h2 = x1 + x2 z = x1 x2 z = y2 y1 26
27 Observability don t care Design this function C 27
28 y 入力は Don t Care なので, h 出力も Don t Care 同じ値になる x1,---,xn が存在する. B の真理値表 ( 固定 ) y=0,y=1 について z の値が同じなら 0 になる. 28
29 z = x1x2+yx3+yx2, y = x1x2+x1x3 29
30 h = x y + x y z w = h f = w + (y z + x y) 30
31 w + x y h = x y 31
32 n Permissible function Transduction method Satisfiability don t care とおなじ考え方. 32
33 33
34 次は, 論理関数の表現と操作について説明する. 34
35 用語 n 組み合わせ論理回路 combinational logic : 内部状態のない (F/F がない ) ロジック回路 n ブール関数 (Boolean Function) u 完全定義関数 completely sepecified function u 不完全定義関数 incompletely specified function u don t care u on-set, off-set n リテラル (literal) n 最小項 (minterm)(b) n キューブ (cube)(c),(d) 35
36 n Sum of minterms n Cannonical form n Truth-table n Implicant Terminology u A cube whose points are either in the on-set or the don t care. n Prime implicant u An implicant that is not include in any other implicant and has at least one point in the onset. 36
37 Irredundant prime covers The on-set of a Boolean function f in B 3 (a) and two possible covering by prime implicants(b,c). The on-set of the parity function in B 3 None of the points in the on-set of the parity function are adjacent. 37
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