Implementacja algorytmu syntezy układów odwracalnych w strukturach FPGA

Synteza układów odwracalnych prowadząca do uzyskania układu optymalnego (składającego się z minimalnej liczby bramek) jest problemem bardzo trudnym. Dlatego często rezygnuje się z optymalności na rzecz prostszych metod projektowania. W niniejszym artykule przedstawiono wyniki prac związanych z możliwością implementacji uniwersalnego układu, który wykorzystuje pewien heurystyczny algorytm i pozwala na realizację dowolnej funkcji trzech zmiennych. Prowadzone prace wykorzystują układy FPGA i ich opisy w języku VHDL.

---

Optimal synthesis of reversible circuit synthesis is a hard task. This why simpler algorithms are developed for finding suboptimal solutions. We show a simple heuristic algorithm implemented in a programmable FPGA circuit. In this paper the new algorithm and its hardware implementation in VHDL are described. The presented algorithm is based on some feature of reversible functions, namely, on the ordering of columns in the truth table for a given reversible function. We define the so called s-distance as a minimal length of gates cascade which is capable to order a column of the truth table, i.e. to transform a right side column to become identical to the corresponding left side column. It is possible to store s-distances for all possible columns. For every function the SF-distance is defined as the sum of all column s-distances. The proposed simple algorithm selects the gates which lead to the minimal SF-distance for the rest function (a rest function is the function to be still implemented after the given gate has been selected). The process is repeated until the consecutive rest function will become the identity function. The algorithm can be implemented using the FPGA circuit as the block scheme from Fig. 3. The description of this module using VHDL is presented and discussed.