[发明专利]一种基于LFSR的随机电路硬件开销最小化设计方法

权利要求书

1.一种基于LFSR的随机电路硬件开销最小化设计方法，所述基于LFSR的随机电路由随机数发生器、概率转换电路、随机计算核心电路和随机/二进制转换电路依次串接组成，输入变量经过所述基于LFSR的随机电路处理，输出计算的结果；所述随机数发生器包括若干用于产生随机比特序列的LFSR，所述LFSR在每次计算开始时加载预先存储的种子，所述种子指LFSR初始值；所述概率转换电路由若干数字比较器组成；所述基于LFSR的随机电路在每个时钟周期内，利用所述若干数字比较器将电路输入变量与随机数发生器产生的每一个随机数进行比较，如果前者大于后者则数字比较器输出1，否则数字比较器输出0，从而得到若干表示电路输入变量值的随机比特序列以进行计算；其特征在于包括以下步骤：

S1、输入一个无故障的基于LFSR的随机电路，当前随机电路初始化为所述无故障的基于LFSR的随机电路，以及指定一个随机电路输出误差上限；

S2、列举当前随机电路所包含的概率转换电路中所有可能出现的固定型电路故障，并定义集合S为空集；

S3、进入内循环，尝试向当前随机电路中依次引入列举的固定型电路故障，并设置第一个固定型电路故障为当前测试的固定型电路故障；

S4、向当前随机电路引入当前测试的固定型电路故障，并利用逻辑综合软件对当前随机电路进行电路化简，并得到电路面积延时积来衡量化简后的随机电路硬件开销；

S5、对于步骤S4化简后的随机电路中的n个LFSR，随机产生M组不同的种子；对于每一组种子，对步骤S4化简后的随机电路进行仿真，并在此过程中遍历步骤S4化简后的随机电路所有可能的输入值，并统计电路输出误差；由此，可以建立每组种子和电路输出误差之间的对应关系；最终，得到最小电路输出误差和其对应的种子组合；

S6、如果步骤S5中的最小输出误差未超过用户指定的电路输出误差上限，则将当前测试的固定型电路故障加入集合S中，设置下一个固定型电路故障为当前测试的固定型电路故障并跳转执行步骤S4；

S7、直到列举的固定型电路故障引入测试完毕时内循环结束，判断集合S是否仍为空集；

S8、如果S不为空集，则选取S集合中使得化简后的随机电路硬件开销最小的固定型电路故障并引入当前随机电路中，并利用逻辑综合软件对其化简，进而设置生成的电路为新的当前随机电路，然后跳转执行步骤S2；

S9、如果S为空集，则输出当前随机电路以及其对应的LFSR种子组合作为结果，此输出随机电路即为最小化后的基于LFSR的随机电路。

2.根据权利要求1所述的一种基于LFSR的随机电路硬件开销最小化设计方法，其特征在于所述步骤S1：所述无故障的基于LFSR的随机电路是目标函数为e^-x的无故障的基于LFSR的随机电路，其输出最大绝对误差为2.95E-2。

3.根据权利要求2所述的一种基于LFSR的随机电路硬件开销最小化设计方法，其特征在于所述步骤S9：当用户指定输出最大绝对误差上限分别为3.24E-2和4.42E-2时，所得到的最小化后的随机电路与无故障电路相比，硬件开销量度面积延时积分别有53.7％和57.1％的减小，而此时的实际输出最大绝对误差分别为2.92E-2和4.16E-2，满足用户指定误差上限。

4.根据权利要求1所述的一种基于LFSR的随机电路硬件开销最小化设计方法，其特征在于所述步骤S1：所述无故障的基于LFSR的随机电路是目标函数为tanh(4x)的无故障的基于LFSR的随机电路，其输出最大绝对误差为1.56E-2。

5.根据权利要求4所述的一种基于LFSR的随机电路硬件开销最小化设计方法，其特征在于所述步骤S9：当用户指定输出最大绝对误差上限分别为1.72E-2和2.34E-2时，所得到的最小化后的随机电路与无故障电路相比，硬件开销量度面积延时积分别有35％和41％的减小，而此时的实际输出最大绝对误差分别为1.72E-2和2.15E-2，满足用户指定误差上限。