Структурная оптимизация и обфускация комбинационных цифровых схем в базисе ПЛИС/СБМК

• Автор: Кононов, Николай Александрович
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 107 с. : ил.

Оглавление

Глава 1. СБИС с программируемой архитектурой.

1.1. СБИС с программируемой архитектурой компаний и Xiix.

1.2. СБИС с программируемой архитектурой компании I.

1.3. Подход компании ix к проектированию СБИС

1.4. Алгоритм совместная минимизация глубины и площади

в процессе отображения в ПЛИС

1.5. Алгоритм оптимальный по глубине алгоритм оптимизации и отображения для ПЛИС.

1.6. Восстановление схемы с ограничением по глубине методом

ii для технологического отображения в ПЛИС

1.7. I, Эвристические методы минимизации площади в технологии отображения для ПЛИС.

1.8. Постановка задачи
Глава 2. Разработка методов и алгоритмов структурной оптимизации логических модулей для СБМК и ПЛИС.
2.1. Оптимизационный подход к выбору функциональных блоков для
СБМК и ПЛИС
2.2. Назначение и основные характеристики логического блока.
2.3. Схемы переноса и каскадирования
2.4. Электрическая схема логического блока
2.5. Описание портов логического блока
2.6. Результаты моделирования.
2.7. Общая формула подсчета количества транзисторов в УЛМ.
2.8. Выбор варианта УЛМ для СБМК ПЛИС.
Глава 3. Методы и алгоритмы оптимального синтеза комбинационных
3.1. Обзор метода рссинтсза.
3.2. Представление КМОП схем в виде БРВОП
3.3. Глобальный ресинтез
3.4. Локальный ресинтез.
3.5. Пространство состояний в локальном ресинтезе.
3.6. Описание программы.
3.7. Экспериментальные результаты.
3.8. Библиотека комплиментарных схем ШТ и ЦИТ
3.9. Таблицы с результатами оптимизации тестовых схем 8СА
в программном пакете орб на основе комплиментарных библиотек ШТ1 и ЬиТ.
Глава 4. Разработка и исследование методов обфускации цифровых схем, спроектированных на основе ПЛИС и СБМК
4.1. Основная идея предлагаемого метода.
4.2. Временной анализ и демпфирующие циклы
4.3. Реализация алгоритма обфускации и использование ПЛИ
4.4. Особенности применения метода обфускации к схемам
на ПЛИС и СБМК.
4.5. Результаты численных экспериментов.
4.6. Защита проектных решений на уровне нетлиста
4.7. Технические преимущества предлагаемого метода
4.8. Примеры обфускации.
4.9. Выбор оптимального набора узлов
4 Алгоритм итерационного распределения
4 Маршрут проекта, основанный на обфускации проектных решений
Заключение
Список литерагуры.
Введение
ПЛИС и СБМК являются в настоящее время наиболее популярными решениями для проектирования и производства СБИС разнообразного назначения, для различных сроков и объемов прототипирования и производства.
В настоящей работе используется аббревиатура ПЛИС программируемая логическая интегральная схема в том же смысле, который имеет англоязычная аббревиатура . Аналогично, аббревиатура СБМК структурированный базовый матричный кристалл используется здесь идентично англоязычной аббревиатуре I.
При разработке электронных систем вопросы оптимизации быстродействия, мощности, площади и информационной защиты функций и данных, заложенных в используемой элементной базе, попрежнему остаются актуальными. Применительно к схемам на стандартных ячейках и компьютерным программам эти вопросы исследовались в ИППМ РАН ,, и ИСП РАН . В данной работе эти вопросы рассматриваются для схем, спроскгированных в базисе ПЛИС и СБМК.
Актуальность


В отличие от известных, предложенные методы основаны на использовании ВБОпредставления схемы и обладают гораздо более высокой производительностью. Предложенные методы позволяют сократить площадь кристалла, уменьшить временную задержку и потребляемую мощность при помощи структурной оптимизации на основе использования диаграмм двоичных решений. ПЛИС и СБМК, также основанный на использовании диаграмм двоичных решении, отличающийся от известных существенно более высокой производительностью и позволяющий определить оптимальное количество входов УЛМ. СБИС, включающие введение в схему фиктивных демпфирующих циклов и конечных автоматов, ориентированных на схемы, реализованные на ПЛИС и СБМК. Данные алгоритмы повышают защиту разрабатываемых проектных решений от несанкционированного доступа и раскрытия функциональности при минимальном увеличении занимаемой площади кристалла. Методика проведения исследовании разработанных методов и предлагаемых алгоритмов включает использование аппарата дискретной математики, теории Булевых алгебр, теории графов, в частности технологии диаграмм двоичных решений теории оптимизации, компьютерного моделирования. Реализация. ПЛИС и СБМК. В диссертационной работе было показано, что использование этого комплекса программ для проектирования СБИС с программируемой архитектурой в качестве электронной компонентной базы является в современных российских условиях одним из возможных путей для разработки аппаратуры общего и специального назначения, отвечающей мировым стандартам. Практическая значимость работы. Методы и алгоритмы, предложенные в данной работе, а также компьютерные программы, разработанные на их основе, могут быть использованы для эффективного проектирования СБИС и систем на кристалле на основе ПЛИС и СБМК, в том числе производимых ведущими фирмами, с проектными нормами ,, нм. Результаты работы внедрены в процесс проектирования СБИС на предприятии НИИИС г. Нижний Новгород, а также в учебный процесс в НИУ МИЭТ. Апробация работы. Микроэлектроника и информатика Зеленоград, апреля 1 Ог. XXXVII международной конференции Новые информационные технологии в науке, социологии, экономике и бизнесе 1Т БЕЮ, 1 октября г. Украина, Гурзуф. Проектирование систем на кристалле тенденции развития и проблемы МИЭТ, октябрь . Радиоэлектроника, электроника и энергетика МЭИ, февраль . Публикации. Результаты автора по теме диссертации опубликованы в 8 работах 5, в том числе в двух статьях и журналах, входящих в список ВАК. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Первая глава является вводной и в ней приводится анализ методов структурной оптимизации и обфускации комбинационных цифровых схем. Во второй главе рассматривается и предлагается разработка методов и алгоритмов структурной оптимизации универсальных логических модулей УI для СБМК и ПЛИС , а также результаты численных экспериментов. Третья глава посвящена вопросам структурной оптимизации цифровых комбинационных схем. Вначале рассмотрена оптимизация на схемотехническом транзисторном уровне. Затем данная задача решается для схем, спроектированных в логическом базисе ПЛИС и СБМК. В четвертой главе диссертации предложены несколько методов и рассмотрены результаты, полученные в области обфускации комбинационных схем. Обфускация это сокрытие, маскирование функции, выполняемой схемой. Первоначально термин обфускация использовался для компьютерных программ, а затем это понятие было перенесено и на цифровые схемы. Первый метод обфускации цифровых схем, основан на использовании логических импликаций и адаптирован применительно к схемам, разработанным на основе ПЛИС и СБМК. Второй метод, известный из литературы, обобщен на случай библиотек элементов, используемых в ПЛИС и СБМК. Метод заключается в добавлении в. КА, входы которого являются первичными входами схемы. Обфускируемая схема начинает правильно работать лишь при некотором определенном состоянии КА. Как достичь этого состояния, несанкционированному пользователю неизвестно. В заключении перечислены основные результаты диссертационной работы.