CN103064992A - 一种基于有向网格点的布线存储结构及其布线方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于有向网格点的布线存储结构及其布线方法，该布线存储结构包括：一网格矩阵，具有N×M个网格点，且用于存储每一网格点对应的一网格标识符，其中，N、M均为自然数；网格值获取模块，用于在布线操作时从所述网格矩阵中获取当前网格点所对应的网格标识符；以及一网格值设置模块，用于将布线平面中的障碍块所包含的网格点和/或布线途经的网格点依据预定的设置规则来设置为相应的网格标识符。相比于现有技术，本发明的布线存储结构并没有使用线链表和障碍块链表，而是将布线平面中的走线信息和障碍块信息以对应于网格点的网格标识符的形式表示，使障碍块集的复杂度不会影响到布线速度，进而可提升自动布线系统的布线效率。
Description
技术领域
本发明涉及PCB自动布线技术，尤其涉及一种基于有向网格点的布线存储结构及其布线方法。
背景技术
当前，PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)在工业自动化领域应用相当广泛，用户通过PLC编程软件来编写逻辑控制程序，并编译、下载至PLC，即可实现用户的个性化控制要求。一般地，PLC开发环境为用户提供了多种编程语言，如IL(Instruction List，指令集)、ST(Structured Text，结构化文本)、LD(Ladder Diagram，梯形图)、FBD(Function Block Diagram，功能方块图)、SFC(Sequential Function Chart，顺序功能图)以及CFC(Continuous Function Chart，连续功能图表)。
就CFC编程语言来说，因其灵活、直观和较为简洁，已被用户广泛接受。在CFC编程语言模块中，当用户新建程序窗口即创建了一个布线平面，通过添加、删除、移动功能块以便对自动布线系统中的障碍块进行操作，当用户执行从一指令引脚到另一指令引脚的连接操作时，这两点之间的连接路径由自动布线模块完成。现有技术中，布线算法大致采用迷宫算法、线探索法或这两种算法上的改进算法，但无论上述哪种算法，其布线存储结构均须对障碍块集进行存储，即，采用链表存储方式，将已布通的走线和障碍块分别存储到线链表和障碍块链表中，线链表记录所有已布通的线，且每条线由该线的折点所构成的点链表而表示，障碍块链表则记录所有布线平面中所有障碍块的位置和大小信息。
然而，依照现有布线系统的存储结构，假设需完成从A点到B点的自动布线，并且线链表中包括n个节点，每条线平均有m个折点，障碍块链表中有k个节点，布线算法实现A点到B点的自动布线需对L个网格点判断是否属于障碍块集，即，需遍历链表节点的最大次数N表示为L×k×n×m，则遍历次数N与障碍块集的复杂度(即障碍块链表的节点数量)成正相关，进而布线速度与障碍块集的复杂度成负相关。此外，随着障碍块集复杂度增加，存储结构所占用的存储空间也会快速增加，从而导致布线效率急剧降低。
有鉴于此，如何设计一种更高效的布线存储结构，以便降低或消除自动布线算法受障碍块集复杂度的影响，并尽可能地压缩存储结构占用的存储空间，提升布线效率，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。
发明内容
针对现有技术中的自动布线系统在布线时所存在的上述缺陷，本发明提供了一种基于有向网格点的布线存储结构及其布线方法。
依据本发明的一个方面，提供了一种基于有向网格点的布线存储结构，包括：
一网格矩阵，具有N×M个网格点，且用于存储每一网格点对应的一网格标识符，其中，N、M均为自然数；
一网格值获取模块，用于在布线操作时从所述网格矩阵中获取当前网格点所对应的网格标识符；以及
一网格值设置模块，用于将布线平面中的障碍块所包含的网格点和/或布线途经的网格点依据预定的设置规则来设置为相应的网格标识符。
优选地，该布线存储结构还包括一判断模块，用于根据所述当前网格点所对应的网格标识符，来判断布线是否能够经过所述当前网格点。
优选地，所述网格矩阵包括n×m个子矩阵，并且每一子矩阵对应于k×k个网格点，其中，n、m、k均为自然数。
优选地，该布线存储结构还包括一更新模块，用于根据所述网格值设置模块所设置的网格标识符，更新所述网格矩阵。
优选地，布线平面中的任一走线由多个网格点依次连接而成，并且所述走线采用与所述多个网格点所对应的一网格标识符序列进行表示。更优选地，所述网格标识符为一数值或一图形符号。
在一实施例中，当一走线经过当前网格点时，以黑色箭头表示达到该当前网格点之前的走线方向，以白色箭头表示从该当前网格点去往的走线方向。在另一实施例中，当一走线经过当前网格点时，以空心点表示该当前网格点处无逻辑相交，以实心点表示该当前网格点处有逻辑相交。
依据本发明的另一个方面，提供了一种基于有向网格点进行自动布线的方法，该方法包括以下步骤：
a 建立一网格矩阵，并对所述网格矩阵中的网格点和障碍块进行初始化，以便设置所述网格点和所述障碍块各自所对应的网格标识符；
b 采用一预定的布线演算法来生成多条试探路径；
c 在所述多条试探路径中选择一优化路径，其中，所述优化路径的长度最短且折点最少；
d 获取所述优化路径上的网格点所对应的网格标识符，并根据所获取的网格标识符更新所述网格矩阵；以及
e 绘制出所述优化路径。
优选地，所述布线演算法包括迷宫演算法或线探索法。
优选地，所述步骤a还包括：获取所述障碍块所包围的区域中的所有网格点，并对所述网格点进行初始化，以实现对所述障碍块的初始化。
优选地，布线平面中的任一走线由多个网格点依次连接而成，并且所述走线采用与所述多个网格点所对应的一网格标识符序列进行表示。更优选地，所述网格标识符为一数值或一图形符号。
优选地，所述步骤c中的优化路径为一直线或一折线。
优选地，所述方法适用于CFC(Continuous Function Chart，连续功能图表)编程环境。
采用本发明的基于有向网格点的布线存储结构及其布线方法，通过一网格矩阵来存储布线平面中所有障碍块区域所包围的网格点以及每条走线上所途经的各网格点分别所对应的网格标识符，从而可快速地判断出当前网格点属于障碍块还是走线，并且在确定属于走线时还可判断出经过该网格点的走线方向。相比于现有技术，本发明的布线存储结构并没有使用线链表和障碍块链表，而是将布线平面中的走线信息和障碍块信息以对应于网格点的网格标识符的形式表示，使障碍块集的复杂度不会影响到布线速度，进而可提升自动布线系统的布线效率。
附图说明
读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，
图1示出计算机自动布线系统中用于执行自动布线操作且具有障碍块的布线平面的示意图；
图2示出图1中的布线平面在完成自动布线操作后的电路连接示意图；
图3示出依据本发明一个方面的基于有向网格点的布线存储结构的原理框图；
图4示出图3的布线存储结构中的不同网格点的网格标识符的示意图；
图5示出采用图3的布线存储结构实现自动布线后的布线平面以数值形式标识的状态示意图；
图6示出采用图3的布线存储结构实现自动布线后的布线平面以图形符号标识的状态示意图；以及
图7示出依据本发明另一方面的基于有向网格点的自动布线方法的流程图。
具体实施方式
为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。
下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。
图1示出计算机自动布线系统中用于执行自动布线操作且具有障碍块的布线平面的示意图，以及图2示出图1中的布线平面在完成自动布线操作后的电路连接示意图。
一般来说，计算机自动布线系统往往用于制作PCB(PrintedCircuit Board，印刷电路板)，然后根据印刷电路板来生成相应功能的控制电路，因而也称为PCB自动布线系统，该自动布线系统的核心是一自动布线模块。参照图1，自动布线一般都是在某个布线平面内完成，其中，布线平面由一个或多个障碍块和若干有连接关系的点对组成。例如，该布线平面包括障碍块ADD0、ADD1和ADD2，输入框TRUE和100，以及输出框D1和D0。此外，有连接关系的点对，诸如输入框TRUE的端子a与ADD0的使能端子c、输入框100的端子b与ADD0的选择端子d、ADD0的输出端子f与端子g等。
布线平面被划分为可布线区域以及不可布线区域。其中，可布线区域包括“空白”区域和满足布线条件的障碍区域，不可布线区域包括不满足布线条件的障碍区域。障碍区域由障碍块与不满足布线条件的线组成，布线平面内所有的障碍区域组成障碍物集，并且布线平面内任意两个连接点对之间的连接路径是由布线算法来实现的。
在进行自动布线时，首先读取布线平面内的障碍物集和点对连接关系到布线存储结构中，然后对所有障碍物集和连接点对进行全局考虑与分析，以确定点对布线的先后顺序，在此，点对的布线顺序直接影响此自动布线系统的布通率。接着，按照提供的点对布线顺序依次对各点对进行自动布线，从而确定每个点对之间的连接路径。在这一过程中，布线算法需要频繁地访问布线存储结构。最后，绘图模块将障碍物集与点对路径进行绘制，从而得出如图2所示的电路原理图。
但是，在现有的自动布线系统中，随着新的控制功能不断加入，以及新的布线不断产生，布线平面内的障碍物会急剧增加且变得相当复杂，并且用于存储这些功能块和走线的存储空间也越来越大。由于布线系统中的障碍物集信息与布线信息(诸如障碍块链表和线链表)均存储在布线存储结构中，所以复杂的障碍物集必然带来复杂的布线存储结构，从而导致布线速度减慢，布线效率降低。
为了解决现有技术中的上述缺陷，图3示出依据本发明一个方面的基于有向网格点的布线存储结构的原理框图。参照图3，本发明的布线存储结构包括一网格矩阵300、一网格值设置模块302和一网格值获取模块304。具体地，网格矩阵300具有N×M个网格点，且该网格矩阵300用来存储每一网格点对应的一网格标识符，其中，N、M均为自然数。网格值设置模块302将布线平面中的障碍块所包含的网格点和/或布线途经的网格点依据预定的设置规则来设置为相应的网格标识符。网格值获取模块304在布线操作时从所述网格矩阵中获取当前网格点所对应的网格标识符。
在一具体实施例中，自动布线系统首先将布线平面中所有的障碍块各自包含的网格点均初始化为每一网格点所对应的网格标识符。然后，将这些网格标识符存储在网格矩阵300中，例如，网格矩阵包括网格点在布线平面上的坐标位置以及该网格点对应的网格标识符，当网格值获取模块304在布线操作时选定任意一个当前的网格点时，通过调用网格矩阵300即可获取该当前网格点所对应的网格标识符。又如，预先将布线平面划分为若干子矩阵，并且每一子矩阵对应于多个网格点，从而网格矩阵300可仅存储这些子矩阵的相关信息，再由这些子矩阵来指向特定的多个网格点，以节省网格矩阵300所占用的存储空间。
在另一具体实施例中，该布线存储结构还包括一判断模块(图中未示)，该判断模块根据当前网格点所对应的网格标识符，来判断布线是否能够经过当前网格点。具体地，当网格值获取模块304获取当前网格点所对应的网格标识符后，判断模块可以根据网格标识符所代表的物理意义来判断布线是否能够经过当前网格点。例如，当前网格点为障碍块中所包围的网格点时，布线不能经过该当前网格点建立连接路径。当前网格点为空白点时，布线可以经过该当前网格点建立连接路径。
在又一具体实施例中，该布线存储结构还包括一更新模块(图中未示)，该更新模块设置于网格值设置模块302和网格矩阵300之间，用来接收网格值设置模块302所设置的网格标识符并将这些网格标识符更新至网格矩阵300。例如，网格值设置模块302在布线平面处于预布线状态时，对其所包含的所有网格点进行初始化，并将不同物理意义的网格标识符赋予不同的网格点。然后，在布线平面中开始进行布线操作，容易理解，布线操作完成后的该连接路径上包含多个网格点，每一网格点所对应的网格标识符已经从初始化状态时的一种网格标识符变化为当前的另一种网格标识符，例如，一条沿水平方向从左向右传送信号的连接路径上，原来网格标识符为空白点的这些网格点已经变为新的网格标识符(如数值18、黑色箭头进入且白色箭头穿出的图形符号)，此时，网格值设置模块302需要重新设置这些网格点各自所对应的网格标识符，并将重新设置后的这些网格标识符更新至网格矩阵300，以便网格矩阵300在每一布线周期(例如，建立一条点对之间的连接路径)中均保持最新状态的网格点以及该网格点的网格标识符之间的映射关系。
图4示出图3的布线存储结构中的不同网格点的网格标识符的示意图。本领域的技术人员应当理解，图4所示的网格标识符仅仅为一种示意性的标识规则，其他的网格标识符标识规则如可适用本发明，也应当以引用方式包含于此。例如，布线平面的边界网格点以数值64表示，或者以彩色的实心点表示；空白的网格点以数值0表示，或者以空心圈表示。障碍块所包围的网格点以数值49表示，或者以黑色实心点表示。数值17表示经过网格点的走线是从左向右的，即，走线从该网格点的左侧进入该网格点，并且从该网格点的右侧穿出该网格点。
在一具体实施例中，布线平面中的任一走线由多个网格点依次连接而成，并且走线采用与所述多个网格点所对应的一网格标识符序列进行表示。例如，对于沿水平方向从左向右传送信号的走线，该走线包含5个网格点，则该走线可表示为17-17-17-17-17。由上述可知，网格点所对应的网格标识符除了采用数值标识之外，还可采用图形符号进行标识。当采用图形符号代表走线经过网格点的走线信息时，可以采用黑色箭头表示达到该当前网格点之前的走线方向，以白色箭头表示从该当前网格点去往的走线方向。此外，在表征该走线经过网格点的走线信息时，以空心点表示该当前网格点处无逻辑相交，以实心点表示该当前网格点处有逻辑相交。
图5示出采用图3的布线存储结构实现自动布线后的布线平面以数值形式标识的状态示意图。结合图4和图5，以ADD0的S2端口和D端口之间的走线为例，该走线所对应的具体路径以数值可表示为49-5-20-20-20-26-17-17-17-17-17-27-19-10-49，根据这些数值所对应的物理意义可将该走线路径解释为如下信息：从障碍块ADD0的端口D出发，经过一网格点(以数值5标记)，该网格点的信号从左侧进入，然后分别从该网格点的右侧和下侧输出；接着，依次经过3个网格点(以数值20标记)和1个网格点(以数值26标记)，20表示竖直方向自上而下的走线方向，26表示走线沿竖直方向从网格点的上侧进入且由其左侧输出；接着，再依次经过5个网格点(以数值17标记)和1个网格点(以数值27标记)，其中，17表示水平方向自右向左的走线方向，27表示走线沿水平方向从网格点的右侧进入且由其上侧输出；最后，经由网格点(以数值19标记)和网格点(以数值10标记)达到端口S2，其中，19表示竖直方向自下而上的走线方向，10表示走线沿竖直方向从网格点的下侧进入且由其右侧输出。
图6示出采用图3的布线存储结构实现自动布线后的布线平面以图形符号标识的状态示意图。结合图4和图6，同样以ADD0的S2端口和D端口之间的走线为例，该走线可采用一图形符号序列进行标识，其走线方向具体描述为：自端口D出发，水平向右一个网格点(对应于上述图5中以数值5标记的1个网格点)，然后竖直向下4个网格点(对应于上述图5中以数值20标记的3个网格点和以数值26标记的1个网格点)，再水平向左6个网格点(对应于上述图5中以数值17标记的5个网格点和以数值27标记的1个网格点)，接着竖直向上2个网格点(对应于上述图5中以数值19标记的1个网格点和以数值10标记的1个网格点)，最后水平向右即可达到端口S2。采用图形符号对该布线平面中的有向网格点进行标识后，可更直观地理解电路中的走线方向。
图7示出依据本发明另一方面的基于有向网格点的自动布线方法的流程图。在一实施例中，该自动布线方法适用于CFC编程环境。参照图7，在该自动布线方法中，首先执行步骤S701，建立一网格矩阵，并对该网格矩阵中的网格点和障碍块进行初始化，以便设置网格点和障碍块各自所对应的网格标识符，然后，进入步骤S703，采用一预定的布线演算法来生成多条试探路径，这些试探路径均能布通连接点对之间的路径，但是，有些路径可能并不是最优的。例如，本来可采用一条径直的直线进行走线，试探路径可能采用多条折线来达到同样的连接目的。较佳地，该布线演算法包括迷宫演算法或线探索法。
接着，在步骤S705中，在这些试探路径中选择一优化路径，其中，该优化路径的长度最短且折点最少。较佳地，该优化路径为一直线或一折线。最后，通过步骤S707，获取该优化路径上的网格点所对应的网格标识符，并根据所获取的网格标识符更新网格矩阵，通过步骤S709，在诸如计算机的显示屏幕上绘制出该优化路径。
在一具体实施例中，步骤a还包括：获取障碍块所包围的区域中的所有网格点，并对这些网格点进行初始化，以实现对该障碍块的初始化。
在另一具体实施例中，布线平面中的任一走线由多个网格点依次连接而成，并且走线采用与所述多个网格点所对应的一网格标识符序列进行表示。例如，该网格标识符为数值或图形符号。
采用本发明的基于有向网格点的布线存储结构及其布线方法，通过一网格矩阵来存储布线平面中所有障碍块区域所包围的网格点以及每条走线上所途经的各网格点分别所对应的网格标识符，从而可快速地判断出当前网格点属于障碍块还是走线，并且在确定属于走线时还可判断出经过该网格点的走线方向。相比于现有技术，本发明的布线存储结构并没有使用线链表和障碍块链表，而是将布线平面中的走线信息和障碍块信息以对应于网格点的网格标识符的形式表示，使障碍块集的复杂度不会影响到布线速度，进而可提升自动布线系统的布线效率。
上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。
Claims (15)
1.一种基于有向网格点的布线存储结构，其特征在于，所述布线存储结构包括：
一网格矩阵，具有N×M个网格点，且用于存储每一网格点对应的一网格标识符，其中，N、M均为自然数；
一网格值获取模块，用于在布线操作时从所述网格矩阵中获取当前网格点所对应的网格标识符；以及
一网格值设置模块，用于将布线平面中的障碍块所包含的网格点和/或布线途经的网格点依据预定的设置规则来设置为相应的网格标识符。
2.根据权利要求1所述的布线存储结构，其特征在于，还包括一判断模块，用于根据所述当前网格点所对应的网格标识符，来判断布线是否能够经过所述当前网格点。
3.根据权利要求1所述的布线存储结构，其特征在于，所述网格矩阵包括n×m个子矩阵，并且每一子矩阵对应于k×k个网格点，其中，n、m、k均为自然数。
4.根据权利要求1所述的布线存储结构，其特征在于，还包括一更新模块，用于根据所述网格值设置模块所设置的网格标识符，更新所述网格矩阵。
5.根据权利要求1所述的布线存储结构，其特征在于，所述布线平面中的任一走线由多个网格点依次连接而成，并且所述走线采用与所述多个网格点所对应的一网格标识符序列进行表示。
6.根据权利要求5所述的布线存储结构，其特征在于，所述网格标识符为一数值或一图形符号。
7.根据权利要求6所述的布线存储结构，其特征在于，当一走线经过当前网格点时，以黑色箭头表示达到该当前网格点之前的走线方向，以白色箭头表示从该当前网格点去往的走线方向。
8.根据权利要求6所述的布线存储结构，其特征在于，当一走线经过当前网格点时，以空心点表示该当前网格点处无逻辑相交，以实心点表示该当前网格点处有逻辑相交。
9.一种基于有向网格点进行自动布线的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
a 建立一网格矩阵，并对所述网格矩阵中的网格点和障碍块进行初始化，以便设置所述网格点和所述障碍块各自所对应的网格标识符；
b 采用一预定的布线演算法来生成多条试探路径；
c 在所述多条试探路径中选择一优化路径，其中，所述优化路径的长度最短且折点最少；
d 获取所述优化路径上的网格点所对应的网格标识符，并根据所获取的网格标识符更新所述网格矩阵；以及
e 绘制出所述优化路径。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述布线演算法包括迷宫演算法或线探索法。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤a还包括：获取所述障碍块所包围的区域中的所有网格点，并对所述网格点进行初始化，以实现对所述障碍块的初始化。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述布线平面中的任一走线由多个网格点依次连接而成，并且所述走线采用与所述多个网格点所对应的一网格标识符序列进行表示。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述网格标识符为一数值或一图形符号。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述步骤c中的优化路径为一直线或一折线。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法适用于CFC(Continuous Function Chart，连续功能图表)编程环境。
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