Control Systems and Computers, N4, 2020, Статья 1

Баркалов О.О., Тітаренко Л.О., Візор Я.Є., Матвієнко О.В., Сабурова С.О. Синтез суміщеного автомата зі зменшенням площі нано-ПЛМ. Control Systems and Computers. 2020. № 4. С. 5-14.

УДК 004.274

А.А. БАРКАЛОВ, д-р техн. наук, проф., Университет Зеленогурский (Польша), ул. Подгорная, 50, Зелена Гура, 65246, Польша, a.barkalov@imei.uz.zgora.pl

Л.А. ТИТАРЕНКО, д-р техн. наук, проф., Университет Зеленогурский (Польша), ул. Подгорная, 50, Зелена Гура, 65246, Польша, L.Titarenko@iie.uz.zgora.pl, D_ts@nure.ua

Я.Е. ВИЗОР, канд. техн. наук, ст. наук. сотрудник Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова НАН Украины, 03187, г.. Киев, просп. Акад. Глушкова, 40, Украина, yaviz@ukr.net

А.В. МАТВИЕНКО, наук. сотрудник Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова НАН Украины, 03187, г.. Киев, просп. Акад. Глушкова, 40, Украина, matv@online.ua

СИНТЕЗ СОВМЕЩЕННОГО АВТОМАТА С УМЕНЬШЕНИЕМ
ПЛОЩАДИ НАНО-ПЛМ

Введение. Для уменьшения потребляемой энергии и увеличения быстродействия схем в базисе ASIC необходимо уменьшать площадь кристалла, занимаемого схемой. Это касается и ПЛМ-подобных структур, которые в последнее время используются в составе ASIC. Они получили название нано-ПЛМ и чаще всего применяются для реализации устройств управления.

Цель статьи. Среди моделей, которые используются для синтеза устройств управления, существенное место занимает модель совмещенного микропрограммного автомата (СМПА). Однако методы синтеза схем СМПА в базисе нано-ПЛМ в настоящее время отсутствуют. В силу важности этой проблемы, в настоящей статье предлагается метод синтеза СМПА на нано-ПЛМ.

Методы. Для спецификации СМПА используется язык граф-схем алгоритма. Предложенный в статье метод основан на оптимальном кодировании состояний автомата Мура, учитывающим существование классов псевдоэквивалентных (ПЭС) состояний. При этом выделяется часть схемы, реализующая функции автомата Мура.

Результаты. Метод позволяет уменьшить площадь нано-ПЛМ по сравнению с тривиальной двухуровневой схемой. Исследования, проведенные на базе стандартной библиотеки, показали, что предложенный метод позволяет в среднем на 35% уменьшить сложность матричной схемы СМПА. При этом уменьшение длины прямой структурной таблицы достигалось для 38% примеров, а уменьшение числа входов матрицы – для 16%. При этом максимальное уменьшение площади достигало 67%. Для 14% примеров площадь не уменьшалась.

Выводы. Предложенный метод позволяет уменьшить площадь для 86% всех стандартных автоматов. При этом выигрыш растет по мере роста числа состояний автомата.

Существуют и другие методы оптимизации, основанные на использовании классов ПЭС. К ним относятся методы преобразования кодов состояния в коды классов ПЭС и использование нескольких источников кодов классов ПЭС. В наших дальнейших исследованиях планируется использовать эти методы, адаптированные к особенностям совмещенных автоматов и нано-ПЛМ.

Загрузить полный текст  PDF (на украинском).

Ключевые слова: совмещенный микропрограммный автомат, синтез, нано-ПЛМ, ASIC, кодирование состояний.

 Поступила 28.05.2020