一種用于可逆電路優(yōu)化的可逆門移動方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于可逆電路優(yōu)化的可逆門移動方法，基于該移動方法給出了三 種可逆電路子序列的化簡方法，這些方法主要應(yīng)用于可逆邏輯電路的優(yōu)化問題中，通過可 逆門的移動，將可化簡的門序列移動在一起進行約簡，能有效減少可逆電路的代價。
【背景技術(shù)】
[0002] 可逆邏輯綜合是可逆計算的重要內(nèi)容，在量子計算、低能耗設(shè)計、納米技術(shù)等領(lǐng)域 有著重要應(yīng)用?？赡孢壿嬀C合是指給定一個可逆邏輯函數(shù)的輸入、輸出值，計算機通過相關(guān) 算法得到實現(xiàn)該函數(shù)功能的可逆邏輯電路并使得電路代價盡可能小。可以通過精確的方法 或啟發(fā)式方法實現(xiàn)可逆邏輯綜合，精確的方法能夠得到最優(yōu)電路，但時間和空間復(fù)雜度較 高，只適用于小規(guī)模電路。啟發(fā)式方法一般具有較低的時間和空間復(fù)雜度，然而得到的可逆 電路往往不是最優(yōu)電路。為了得到最優(yōu)電路，需要在不改變可逆電路功能的條件下，對可逆 電路中部分可逆門構(gòu)成的子序列進行替換和約簡，以降低可逆電路的代價。
[0003] 對于同種類型的門構(gòu)成的可逆電路，一般可以用門數(shù)、控制位數(shù)等來衡量可逆電 路的代價，如果可逆電路經(jīng)過等價替換后，門數(shù)、控制位數(shù)下降了，即認為可逆電路得到了 優(yōu)化?，F(xiàn)有的優(yōu)化方法包括基于模板匹配的方法和基于可逆門間關(guān)系的方法等。每個模板 包含約簡前的子序列以及約簡后的子序列，模板匹配就是在可逆電路中尋找是否有某個具 體模板約簡前的子序列存在，如有就替換為模板中約簡后的子序列，因此模板優(yōu)化技術(shù)需 要存儲大量的模板，但是隨著變量數(shù)(輸入線數(shù)）的增長，模板數(shù)會急劇增加，難以窮舉，影 響優(yōu)化結(jié)果。此外，模板匹配算法時間復(fù)雜度高，不利于可逆電路規(guī)模的擴展，只適用于輸 入線數(shù)較小的可逆電路優(yōu)化問題?，F(xiàn)有的基于可逆門間關(guān)系的優(yōu)化方法，通過對可逆電路 進行掃描，尋找滿足特定關(guān)系的可逆門序列是否存在且可以移動到一起，如果存在就根據(jù) 化簡方法替換為約簡后的序列，其時間和空間復(fù)雜度遠低于模板匹配法，且不受可逆電路 輸入線數(shù)的影響，具有通用性。但現(xiàn)有的可逆門移動方法及門序列約簡方法還比較簡單，在 實際的可逆電路優(yōu)化中還不能得到理想的優(yōu)化效果。兩種優(yōu)化方法中，首先都必須將可約 簡的子序列移動到一起，因此研究新的可逆門移動方法對可逆電路的優(yōu)化具有非常重要的 意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了克服以上不足，通過對相鄰可逆門的分析，給出了可逆門的 移動方法和可逆門序列的化簡方法，這些方法是已有方法的有效補充，能改進可逆電路的 優(yōu)化結(jié)果，同時這些方法與輸入線數(shù)無關(guān)，約束條件少，具有通用性，使得基于這些方法的 優(yōu)化算法具有更強的可擴展性。
[0005] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：給出了 一種用 于可逆電路優(yōu)化的可逆門移動方法，設(shè)可逆電路中兩相鄰門分別
【主權(quán)項】
1. 一種用于可逆電路優(yōu)化的可逆門移動方法，其特征在于：設(shè)可逆電路中 兩相鄰門分別
氣€ {工|?一，工段設(shè)為即、-1.!，工』I啡li5…3^ 但不屬于CJ2門的控制位的集合〕
且^門和門若有相同 控制位，相應(yīng)控制位上同為正控制或同為負控制，則Gyi移動到G2門后面,新的可逆門等 價序列為(J2門、t門和q門，其
目標位與CJ2門相同，控制位是q門控制位和CJ2門控制位的并集除去^44。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于可逆電路優(yōu)化的可逆門移動方法，其特征在于：通 過對可逆門移動方法中q門和G2門互換位置后等價門序列的分析，如果原可逆電路中， G2門的右側(cè)存在與門相同的門，即為化簡方法一，或在Gj門左側(cè)存在與G2門相同的 門，即為化簡方法二，或在dj門左側(cè)、(J2門的右側(cè)存在與f門相同的門，即為化簡方法三， 且符合條件的三門可以通過移動方法移動到一起，這樣的子序列均可約簡。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于可逆電路優(yōu)化的可逆門移動方法，其特征在于： 化簡方法一：對于權(quán)力要求1中的Gj門和(72門，在CJ2門的右側(cè)有與q門相同的門， 且可通過移動方法移動到
門后面，則該對稱的可逆門序列等價于CJ2門和f1門，其中
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于可逆電路優(yōu)化的可逆門移動方法，其特征在于： 化簡方法二：對于權(quán)力要求1中的Gj門和(12門，在(3^門的左側(cè)有與d2門相同的門，且 可通過移動方法移動到0!門
的前面，則該對稱的可逆門序列等價于f門和(^門，其中 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于可逆電路優(yōu)化的可逆門移動方法，其特征在于：化 簡方法三：對于權(quán)力要求1中的Gj門和(12門，在Gj門的左側(cè)或(12門的右側(cè)存在與y門相 同的門，且可通過移動方法移動到Gj門的前面或門的后面，則該可逆門序列等價于G2 門和G；i門。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于可逆電路優(yōu)化的可逆門移動方法，包括新的可逆門移動方法的描述，基于該移動方法構(gòu)建的三種子序列化簡方法，最后給出了可逆電路中基于這些方法進行優(yōu)化的具體過程。本發(fā)明給出的可逆門移動方法約束條件少，適用性更強，并使得可逆門在可逆電路中的移動范圍變大，能將更多的可約簡子序列中的門移動到一起進行約簡，解決了原來可逆電路化簡中部分可逆門因無法移動而無法進一步優(yōu)化的問題。新的可逆門移動方法，以及基于此構(gòu)建的化簡方法，是已有可逆門移動和化簡方法的有效補充，能進一步改善可逆電路的優(yōu)化效果。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104615861
【申請?zhí)枴緾N201510015731
【發(fā)明人】程學(xué)云, 管致錦, 朱鵬程, 馬海英, 陸和萍, 丁衛(wèi)平, 徐明強, 張義清, 徐敏, 朱玲玲, 何金鳳, 鹿玉, 徐海
【申請人】南通大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月13日