JPH0685399B2 - 配線径路探索装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、設計支援装置に関し、特にプリント板やLSI
チップ内部におけるICのピンとピン、トランジスタの端
子と端子とを接続する径路を求め、配線処理を行なう配
線径路探索装置に関するものである。

（従来技術） 従来、配線処理装置においては、例えば、ホング（J,Ho
ng），ネアー（R.Naer）等によりプロシーディング・オ
ブ・アイトリプルイー71巻１号1983年１月（Proceeding
s of IE³,Vol,71,No.1,Jan1983）57ページから65ページ
にワイアルーティングマシーンズ（Wire Routing Machi
nes）と題して発表された論文に記載されているよう
に、単位プロセッサエレメントを２次元格子状に並べ、
配線処理を高速に実行できる手段が開発されている。し
かしながら、この方法は、２次元格子のサイズにより、
配線処理できる領域のサイズが制約を受け、２次元格子
サイズより大きな配線領域に対しては、処理がかなり難
しく、配線領域の折りたたみなどの特殊な工夫が必要で
あること、実用的に必要となるハードウェアの量も膨大
なものとなること、全体の制御が困難なこと、などの欠
点を有しており、とても実用的に用いることはできなか
った。

（発明の目的） 本発明の目的は、従来の配線処理機械におけるかかる欠
点を除去すると共に、汎用的で処理の規模や、処理方式
の変化に柔軟に対処でき、高速高性能で実用に十分供し
うる配線径路探索装置を提供することにある。

（発明の構成） 本発明によれば、配線の領域アドレス値を各ステージ毎
にくりかえし生成し全体の制御を司どる。数値列発生器
と個々の配線の始点終点の位置座標を貯えてあるピンペ
アリストメモリと、前記数値発生器及び前記ピンペアリ
ストメモリから送られてくるアドレス値とを比較し前記
ピンペアリストメモリから読みだされたピンペアの始点
終点アドレス値が、前記数値発生器から送られてくる２
次元領域アドレス値の範囲に収まっているかどうかを比
較判定する比較器と、前記ピンペア始点終点アドレス値
が前記２次元領域アドレス値の範囲に収まっている場合
にそのピンペア始点終点アドレス値を入力し、現時点で
の空き領域状態を探索し、その中から前記ピンペア始点
アドレスと終点アドレスとを結ぶことができる配線径路
を見い出し、空き領域状態の更新及び見出された径路の
情報を出力する径路探索回路とから構成される配線径路
探索装置が得られる。

（本発明の概要） 「配線の対象となる領域を配線領域と呼ぶことにする
と、この配線領域の大きさは、縦Ｎ個×横Ｎ個の２次元
のメッシュで表わされる。このそれぞれのメッシュに縦
方向、横方向の番号づけし、例えば、左上から（１、
１）、（２、１）、…、（Ｎ、Ｎ）のような２次元のア
ドレス値を割り当て、１つ１つのメッシュを区別するの
に、このアドレス値を用いることにする。配線は一般に
このＮ×Ｎ個のメッシュに分割された各々のN²個の点の
中で、与えられた２つの点の間を結ぶ折れ線で表され
る。ところが配線は一般的に金属線で作られているの
で、１本の配線を引いてしまうとその線と交叉して別の
配線を引くことができない。もし、配線同志が交差する
と、金属線がショートを起こしてしまい、それぞれの線
に独立した信号を流せなくなり、機能を果たせなくな
る。従って、このようなショートが起こらないように、
既に配線されている場所を避けて新たな配線を見つけ出
すための径路探索手段が必要である。一例として、300
×300点に分割した配線領域に2000本の配線をする場合
について考えてみる。この場合１本１本の配線は、300
×300＝90000点の中のある１点を始点、別の１点を終点
とする折れ線で構成される。まず最初の一本の配線を行
い、次にその配線を避けて新しい配線を付け加え、順次
１本ずつ配線を増やしていき、全ての配線がお互いに衝
突せずに引き終われば配線処理が完了する。１本の配線
は始点と終点に対応する２つのピンの間を結んでいるこ
とからピンペアと呼ばれており、このときの始点と終点
は配線領域を縦横２次元のxy座標の下で表わされ、この
情報は実際には半導体メモリの中に貯えられているの
で、そのメモリのアドレス値を始点、終点のアドレス値
として記憶すればよい。ピンペアのアドレス値を記憶し
ておくメモリをピンペアリストメモリと呼ぶ。配線処理
はピンペアリストメモリに貯えられている配線すべきピ
ンペア（始点、終点）情報を１ずつ取り出しながら実行
される。これとは別に90000点からなる配線領域の各点
の上を既に配線が通っているかどうかなどの情報を貯え
ておき、既に配線された点を通らずに新たに配線を引く
ことが必要であり、このための情報を90000点のそれぞ
れの点に対応して一時的にビットマップに展開して貯え
ておくメモリがマップメモリと呼ばれる。マップメモリ
は初期状態で“0"クリアされ、全ての配線領域が未配線
状態となっているが、１本配線が引かれる毎にその配線
の径路上の点にすべて“1"が書き込まれ、配線本数が増
えるにつれて“1"の数が多くなっていく。既に“1"が書
き込まれている点は新たな配線を引く場合には避けてい
くことが必要になる。従って配線処理はピンペアリスト
メモリから１つずつ配線すべきも２点のアドレス値を読
みだしながら、マップメモリを参照して、既に配線が引
かれている場所を避けて新たな配線を引き、その配線結
果によりマップメモリを更新するという手続きとなる。
本発明は、このような配線処理を全体の配線領域に対し
て一度に施すのではなく、全体の配線領域をいくつかの
微小領域に分割し、この微小領域毎に並列的に処理を行
う装置である。ところが、全ての配線の始点、終点は必
ずしも一つ一つの微小領域に両方共含まれているとは限
らない。そこで、配線を始める前に、まず、ピンペアリ
ストメモリから取り出されたある一つの配線の始点、終
点が含まれているかどうかを判定し、含まれるているも
ののみを先に配線していく方法をとる。含まれていない
ものは後回しにし、次のステージで微小領域を２倍に拡
大し、同様の判定を行う。このようにして最後に全配線
領域を対象にして、残った配線処理を行う。このとき一
つ一つ配線の始点、終点が各微小領域に含まれているか
どうかはアドレスを比較することで判定できる。具体的
にはアドレス値の比較量を４個用いる。微小領域は矩形
で表わされるので、その矩形の２次元座標値の最小値、
最大値を指定し、その間に配線の始点、終点が入るかど
うかを比較し判定する。」 （実施例） 次に本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。「この実施例では複数の微小領域の配線処理を同
時並行的に実行し、高速化する手段を提供している。こ
の同時並行的に実行するための具体的な手段として、パ
イプライン方式を採用している。既ち、複数のプロセッ
サ及び複数の演算器を継続的に接続し、それぞれ異った
処理を分担させて高速化を行っている。処理内容は配線
処理であり、ピンペアリストメモリから読み出された配
線の始点終点情報に基づいてマップメモリの内容を更新
する処理が主なものである。このためのメモリの初期設
定が必要であり、予め与えられた配線要求仕様に基づい
て、ピンペアリスト、障害物情報をデータとしてメモリ
に書き込んでおく。同時に、データーフロー制御による
並列演算の効率的実行を行っているが、このため、予め
処理手続きを表わすプログラムも複数のプロセッサがそ
れぞれ持っているプログラムメモリに書きこまれてい
る。このような手段により、複数の命令を独立に実行で
き、高速な処理するこが可能である。即ち、演算に必要
なデータがそろったときに演算がスタートするデータフ
ロー制御をパイプラインプロセッサの中で実現すること
により、パイプライン方式の持つ高速性と、データフロ
ー制御の持つ柔軟性とが両立され、本実施例における配
線処理のような不規則な演算量を持つ処理に対しても、
無駄なく、効率的に処理することができる。このように
演算量が不規則になるのは、配線処理量が配線長に依存
して多くなったり、少なくなったりするのと同時に、同
一の配線長であっても、障害物の状態により処理量が変
化することなよる。」 第１図は本発明一実施例である配線径路探索装置を示
す。第１図において、本発明の一実施例は、パイプライ
ン方式、データーフロー制御方式を用いており、本発明
全体の基本クロックを発生するクロック発生器を含み、
前記クロック発生器より出力された基本パイプラインク
ロックに同期して、配線領域アドレス値を段階的に分割
し発生する数値列発生器１と、前記基本パイプラインク
ロックに同期にして配線の始点終点アドレス値のリスト
を読み書きするピンペアリストメモリ２と、前記数値列
発生器１から出力される領域指定アドレス値及び前記ピ
ンペアリストメモリ２から読み出されたピンペアの始点
終点アドレス値との包含関係を検査する比較器３と、前
記比較器３から出力されるピンペア始点終点アドレス値
を入力とする径路探索回路４とを含む。この径路探索回
路４は現時点での空き領域を貯えてある内蔵されている
マップメモリの内容を読み出し、前記マップメモリ中に
書かれてある空き領域を示す情報及び前記マップメモリ
中に書かれてある既配線済径路情報とを参照し、前記ピ
ンペア始点アドレスと終点アドレスで示される２次元座
標上の位置の間で新たに配線可能な径路を見出し、前記
マップメモリの空き領域状態の更新を行なうと同時に、
見出された径路を示す情報を出力するものである。

この実施例はパイプライン方式により制御されており、
前記基本パイプラインクロックに同期して作動させる
が、処理に必要なピンペアリスト、マップ情報（障害物
情報）は処理に先立って各々前記ピンペアリストメモリ
２、前記径路探索回路４に含まれる前記マップメモリ中
に外部回路、例えばホストマイクロプロセッサの制御の
下に予め貯められてあるものとする。

更にこの実施例は、データーフロー制御を用いており、
前記数値列発生器１及び径路探索回路４の演算実行に必
要な命令やパラメータ等はやはり処理に先立って予め各
回路内部にある命令メモリの中に外部回路から設定が終
わっていなければならない。

配線の対象となる領域の大きさをＮ×Ｎ（Ｎは例えばプ
リント板でいえば１枚のプリント板の大きさを最小配線
間隔で割り算した値であり、現在では320程度の値であ
る。）前記径路探索回路４に含まれる単位プロセッサの
数をｍ（例えば８程度）とする。第２図（ａ），
（ｂ），（ｃ）に示すように前記数値列発生器１は次の
ように動作する。まず配線の対象領域Ｎ×Ｎを微小領域
ｎ×ｎに細分したときの各微小領域の始点終点座標値を
生成する。

前記ピンペアリストメモリ２の中に貯えられているピン
ペアリストの内、配線対象となるピンペアの始点終点が
共に各ｎ×ｎの微小領域に含まれているものについて最
初に径路探索を行なう。ピンペアの始点終点が複数の領
域にまたがっている場合には次の処理ステージ以降で処
理対象とし、このステージでは各ｎ×ｎの微小領域で閉
じているものについてのみ処理対象とする。

次に処理対象領域を2n×2nの領域に分割し、同様の処理
を行なう。更に分割領域となったときに終了する。

前記ピンペアリストメモリ２からはピンペア単位で次々
に始点終点アドレス値が読み出され、前記比較器３で、
前記数値列発生器１からの領域アドレス値と比較され、
分割領域に包含されているものについては、そのまま前
記径路探索回路４へ送られ処理されるが、複数の分割領
域にまたがったものについては再度ピンペアリストメモ
リ２に書き込みを行なう。前記ピンペアリストメモリ２
は先読み出しのキューメモリで構成され、複数の分割領
域にまたがったものはリストの後につく 第３図（ａ），（ｂ）に分割領域におけるピンペアの始
点終点のアドレスと、ピンペアメモリ２に貯えられてい
るピンペアリストのフォーマットの例の示す。図におい
て始点は（X₁,Y₁）、終点は（X₂,Y₂）で与えられ、ピン
ペアメモリ２は最初に先頭から順に格納されており、複
数の分割領域にまたがったものはリストの後から順次格
納される。このピンペアメモリ２に貯えられているピン
リストがなくなると処理は終了する。

再び第１図に戻り、径路探索回路４は比較器３から与え
られるピンペアリストに対し、径路探索回路４内部にあ
るマップメモリを参照し、結線可能な径路を探索して最
短経路を見つけ出す処理を行なう。『経路探索回路４の
詳細については第４図に示すようなデータフロー型プロ
セッサをリング状に複数個接続した構成をとっており、
各プロセッサについては、前記特開昭58-70360号公報
「データフロー処理装置」に詳しく述べられているもの
を用いることができる。

配線の始点、終点に関する情報が与えられて、その間の
最短経路を見いだす具体的例としては迷路法がある。こ
の迷路法は、始点と終点とを結ぶありとあらゆる経路を
全て見い出し、その長さを求め、それらの中で最小のも
のを見い出す方法である。

具体的な手順としては、まず配線領域の中で与えられた
始点を中心に上下左右４方向に“1"というマークをつ
け、次に“1"とマークづけられた４点から見て上下左右
４方向に“2"というマークをつける。このようにして、
次々と波が拡散するようにマークづけていき、終点まで
到達した時点でマークづけを停止する。最後に終点から
マークが１つずつ小さくなる方向を探して始点に戻るよ
うな経路を探す。これらの過程では既に配線が通ってい
るところは避けるように特性なマーク（例えば最大数）
をつけておき、その値を参照しながら処理を進める。

複数のピンペアリストが与えられた場合においては、そ
れらのピンペアリストを１本ずつ順次に配線処理を行
う。配線領域には初期状態として配線可能領域に“0"
を、既に配線済みであるか若しくは障害物により配線不
可能な領域に最大値（例えば“999"）を書き込んでお
き、配線を行う際に初期状態を参照しながら、ラベルづ
けを行う。ラベルづけの方法を第５図により説明する。

第５図において、数字はラベルを表し、Ｓは始点、Ｔは
終点を表す。斜線部分は、既配線などの障害物を表す。
矢印は、終点Ｔから始点Ｓに向けてバックトレースして
見つけた配線を表す。ラベルは始点をＳとし、その上下
左右４方向に隣接する点のラベルを“1"とし、更にラベ
ル“1"の点からみて、その上下左右４点のラベルを“2"
とし、これらの手続きを繰り返し、終点にラベルづけが
届くまで繰り返す。このとき既にラベルがつけられてい
る点には、新たにラベルづけをしないようにする。例え
ば、始点Ｓから終点Ｔまでの距離が６である場合に、全
く他の配線や障害物がないものとすれば、１から５まで
のラベルがつけれられて、ラベルづけの処理が終わる。
次に終点Ｔから始点Ｓに向けて、バックトレースという
処理を行う。これは終点Ｔから、始点Ｓに向けてラベル
を降順にたどりながら最短の配線を１本決定する処理で
ある。まず、終点Ｔの回りには少なくとも１つのラベル
５がついた点が存在するはずであるから、それを探し、
終点Ｔからラベル５のついた点に配線をする。次に配線
を行ったラベル５がついた点からその上下左右４方向の
点の中でラベル４がついた点を探し、配線を伸ばす。

このような手続きを経て、終点Ｔから始点Ｓに向けてラ
ベルを降順にたどれば、１本の配線が完成する。ここで
見つけられた配線はXY軸に平行な折れ線となるが、始点
Ｓから終点Ｔに向けて可能な全ての配線を網羅的に調べ
ているので、経路が見つかれば、それが最小であること
が明らかである。逆に経路が存在するとすれば必ずこの
方法で見つかることも明らかである １つのピンペアリストに対する配線が見つかった場合、
その配線経路は別途配線リストとして保存しておき、配
線経路上の点には、次からの配線のために障害情報とし
て最大値（例えば“999"）を書き込んでおく。このよう
にすれば、次のピンペアの配線のときには、以前に配線
が済んでいる点は障害物であると判定され、既配線の点
を避けて配線することができる。通常プリント板は２層
の信号層を使うことが多いが、この場合、第１層をＸ方
向の配線に割り当て、第２層をＹ方向の配線に割り当
て、その間をスルーホール穴を開けて配線同士を接続す
るので、多くのピンペアを接続しても経路を見つけるこ
とができるが、信号層が１層しかない場合には、既配線
を避けるためかなり迂回しなければならないことが多く
なる。

経路探索回路４は外部から与えられている起動データに
より処理が開始され、ピンペア始点アドレスから上下左
右４方向に通過が可能かどうかをチエックしながら探索
を行い経路が見つかった点を起点として、次々と波を拡
散し、終点に到達するか又は、全ての探索領域を調べ尽
くすまでこの操作を繰り返す。更に１ピンペアが終了す
ると、次のピンペアを入力し、全てのピンペアが処理し
終わるまでこれらの一連の動作を繰り返す。』 （発明の効果） 本発明は以上説明したように、配線径路を領域分割する
ことで、複数に径路配線回路で並列的に処理を行なうこ
とができ、並列回路数に左右されず広い領域を処理する
汎用性を持ち回路規模も従来のものに比べ小さくて高速
処理が行なえる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の配線径路探索装置を示すブロック図。
第２図（ａ），（ｂ），（ｃ）は領域分割のステージ毎
の推移を示す図、第３図（ａ），（ｂ）は第１図におけ
るピンペアリストメモリのデータフィールドの説明図、
第４図は第１図における径路探索回路のブロック図であ
る。第５図はピンペアリストからの配線経路を探索する
方法の説明図である。 １…数値列発生器、２…ピンペアリストメモリ ３…比較器、４…径路探索回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】配線の対象となる領域を分割した領域につ
   いての領域アドレスを発生する手段と、配線を行う始点
   終点位置を示すピンペアアドレスを貯えておくキューメ
   モリと、該領域アドレスと該ピンペアアドレスとを大小
   比較し、該ピンペアアドレスの値が該領域アドレスの範
   囲に含まれるかどうかを判定する手段と、該領域アドレ
   スの範囲に含まれている該ピンペアアドレスに対し配線
   経路を探索する手段とを持ち、 最初、微小領域についての領域アドレスを発生し、該ピ
   ンペアアドレスが該領域アドレス範囲に含まれているか
   否かを判定し、含まれているものについては先に配線経
   路を探索し、さらに該キューメモリ上の該ピンペアアド
   レスを削除し、 該ピンペアアドレスが該領域アドレス範囲に含まれない
   ものについては該ピンペアアドレスを該キューメモリに
   戻し、次に該領域アドレス範囲を拡大して領域アドレス
   を発生し再び前記判定及び配線経路の探索等を行い、 該キューメモリに貯えられている該ピンペアアドレスが
   なくなるか又は該領域アドレス範囲が全配線領域まで拡
   大し終わるまで探索を行うことを特徴とする配線経路探
   索装置。