[发明专利]连续微流控生物芯片下基于时序的控制层布线方法

权利要求书

1.一种连续微流控生物芯片下基于时序的控制层布线方法，其特征在于，包括：

(1)初始线网拆分阶段：提出一种估算线网延迟的策略用以判断是否对线网进行划分，通过引入额外控制端口拆分时序性能差的线网，以优化线网内阀门的最大时延；

(2)控制通道布线阶段：设计一种考虑历史布线效果的目标函数，提出一种基于拆线重布的布线算法，在保证线网满足可布线性约束的条件下，最小化控制端口的使用；

(3)控制端口布局阶段：通过线长匹配策略，减少时序同步阀门集合内阀门的时序偏差，提高阀门的同步性。

2.根据权利要求1所述的连续微流控生物芯片下基于时序的控制层布线方法，其特征在于，步骤(1)具体实现如下：

生物芯片由两层结构组成，流层和控制层；流层负责试剂的运输、混合、存储；控制层通过控制通道控制阀门来控制流层流通道的运输方向；控制通道通过控制端口连接气体压力源，阀门由弹性的化学材料制成；

连接至同一控制端口的阀门属于同一阀门分组，将同一阀门分组的阀门称为一个线网，每个线网包含组内的所有阀门及其对应的控制端口；对于每一个线网n_i∈T_g，首先为线网n_i构造一个曼哈顿距离最小生成树，然后通过计算该生成树最长路径的长度l_max，以估算线网内阀门的最大时延d_max；若d_max大于给定的阈值L(n_i)，则移除该曼哈顿距离最小生成树中的最长边，将线网一分为二，划分成两个新的线网；通过迭代的方式对线网进行划分，直至所有线网的d_max都小于L(n_i)；L(n_i)的计算方式如下：

L(n_i)＝(W+H)/(η×v_p)

其中，W和H为布线空间边界的宽和高；v_p为压力在控制通道中的传播速度；η为权重因子。

3.根据权利要求2所述的连续微流控生物芯片下基于时序的控制层布线方法，其特征在于，步骤(2)具体实现如下：

控制通道布线阶段的目的是生成线网的布线结果；首先对布线空间进行网格化，并进行布线资源代价的初始化；由于线网的布线顺序对于布线结果有着很大的影响，因此需要先对所有的线网进行排序；由于边界框小的线网在布线过程中占用的布线空间较小，可以减少后续的线网在通过该布线区域时的绕障距离，因此依据各线网的边界框的大小对线网集T_g中的线网进行升序排序；完成线网排序后需要确定一个线网内部各引脚的连接顺序，在对线网进行迷宫布线时，将最靠近边界框中心位置的引脚作为迷宫布线的源点，然后向边界框的外围进行迷宫布线，即使用基于最小代价的迷宫布线算法进行布线；迷宫搜索过程中代价计算公式如下：

cost(e)＝Len(e)+c_e×M+hist(e)

其中，cost(e)为边e的布线代价；Len(e)为边e的边长；为避开交叉点，M设置为一个很大的值；hist(e)为边e的历史代价，若边e在之前的迭代过程中不存在交叉点则历史代价为0，若存在则其代价为2^i-1，i为迭代的次数；

所有线网均完成迷宫布线后线网中若不存在交点则完成布线，若存在交点则选择一条冲突最严重的两点间路径进行拆除，将该路径所在的线网拆分成两个线网。

4.根据权利要求3所述的连续微流控生物芯片下基于时序的控制层布线方法，其特征在于，对拆除的路径的选择遵循以下优先原则：

1)该路径存在的交点数量多的优先拆除；

2)该路径的线长较长的优先拆除；

3)该路径所在线网n_i的L(n_i)值较大的优先拆除。

5.根据权利要求3所述的连续微流控生物芯片下基于时序的控制层布线方法，其特征在于，步骤(3)具体实现如下：

控制端口布局阶段的作用是为每个线网设置控制端口的位置和连接控制端口的控制通道，其目标为：①阀门最大延迟最小化；②阀门的时序偏差最小化；

对于每一个线网在其布线图上搜索一遍以确定出一个位置作为控制端口初始位置，使得该线网内部的时序偏差最小化；然后根据时序同步阀门集合中的最大的延迟的值对每一个线网的控制端口的初始位置进行额外的线长匹配，增加的额外线长将使的线网各节点的延迟向相同时序集合内节点的最大延迟靠近且线长匹配后的线网内的最大延迟不超过原有的最大延迟，从而降低了同时序集合内的时序偏差；若一个线网内部包含多个时序同步阀门集合，则线长匹配长度取这些集合中需要延长的最小值；以最小化时序同步阀门集合的时序偏差。