CN117454834B - 一种电路原理图自动布线方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电路原理图自动布线方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：将布局的电路器件映射到网表平面，获得用于走线的横向通道和纵向通道；获取网表平面中信号连接层级跨度最远的两个引脚，采用启发式搜索算法获得两个引脚的横向布线通道，并将信号连接转化成相邻层级信号连接；利用线性搜索技术获得相邻层级信号连接的纵向布线通道，同时通过动态空间感知技术分配具体线轨。本发明充分利用了电路器件布局的层级信息，减少了大量的搜索过程和峰值内存消耗，缩短了布线时间，同时减少了多余的交叉和拐点数量，并且通过动态空间感知技术为布线空间不足以及空间冗余提供了解决方案。

Description

一种电路原理图自动布线方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及电路设计技术领域，具体涉及一种电路原理图自动布线方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

电路原理图是一种用来体现电子电路的工作原理的图纸，它直接体现了电子电路的结构和工作原理，其用图形的方式直观地反映电路中各器件及其电气连接情况。布线是电路原理图设计中一个关键的步骤，其功能是将元器件之间通过导线连接起来，从而实现特定的功能。对于复杂的电路原理图，通常采用自动布线技术，自动布线技术是基于计算机辅助设计软件，在原理图设计完成后根据设定的规则和约束条件进行自动布线，在进行电路原理图自动布线时，需要综合考虑各种因素，选择合适的布线规则和约束条件，以保证设计的合理性和可行性。

目前，电路原理图自动布线技术主要采用启发式搜索算法布线或者基于线性搜索的布线方法，其中启发式搜索算法布线先通过A-Star算法找到所有信号连接的拐点所在的布线通道，然后再通过约束传播为不同拐点类型分配具体线轨。基于线性搜索的布线方法是基于约束图的布局结果，通过创建虚拟器件将所有的信号连接转化成相邻层级的信号连接，这样通过线性搜索可以为每一个相邻层级的信号连接分配线轨。但是，采用A-Star算法的布线方法通常耗时很长，不能充分利用布局的信息，最终展现出来的原理图走线比较混乱，不能清晰看出信号走向和电路器件之间的连接关系，而采用基于线性搜索的布线方法则会导致出现多余的交叉和拐点。因此目前亟需一种缩短布线时间同时保证电路原理图走线清晰，避免过多出现交叉和拐点的自动布线方法。

发明内容

鉴于现有技术的上述不足，本发明提供一种电路原理图自动布线方法、装置、设备及存储介质，有效解决现有技术中布线方法耗时很长，不能充分利用布局信息，导致最终展现出来的原理图走线比较混乱以及出现多余的交叉和拐点的问题。

第一方面，本发明提供一种电路原理图自动布线方法，所述方法包括如下步骤：

S100、将布局的电路器件映射到网表平面，获得用于走线的横向通道和纵向通道；

S200、获取所述网表平面中信号连接层级跨度最远的两个引脚，采用启发式搜索算法获得两个所述引脚的横向布线通道，并将信号连接转化成相邻层级信号连接；

S300、利用线性搜索技术获得所述相邻层级信号连接的纵向布线通道，同时通过动态空间感知技术分配具体线轨。

进一步的，所述步骤S100具体包括以下步骤：

S110、将布局的电路器件依次映射到网表平面，记录所述电路器件的层级信息；

S120、根据所述电路器件的上下边界切割所述网表平面，获得走线的横向通道；

S130、根据所述电路器件的左右边界切割所述网表平面，获得走线的纵向通道。

进一步的，所述获取所述网表平面中信号连接层级跨度最远的两个引脚，采用启发式搜索算法获得两个所述引脚的横向布线通道，具体包括以下步骤：

S210、遍历所述网表平面中的信号连接，获得所述信号连接中层级跨度最远的第一引脚和第二引脚；

S220、找到所述第一引脚所在的横向通道X，将与所述横向通道X连通的其余横向通道置于一个优先队列；

S230、在所述优先队列中寻找与所述横向通道X位于同一水平线和/或离第二引脚所在横向通道的纵向距离最近的横向通道Y;

S240、将与所述横向通道Y连通的其余横向通道置于所述优先队列中，重复所述步骤S230，直至找到所述第二引脚所在的横向通道；

S250、获得所述第一引脚和所述第二引脚的横向布线通道，记录信号连接在所述横向布线通道的走线类型。

进一步的，所述信号连接在所述横向布线通道的走线类型包括：上U型、下U型、直连型和Z型。

进一步的，所述将信号连接转化成相邻层级信号连接具体包括：

S260、遍历所述横向布线通道，将经过所述横向布线通道的信号连接按照走线类型排序，按照顺序为不同的信号连接分配纵坐标；

S270、根据所述纵坐标和所述横向布线通道经过不同层级的横坐标为信号连接创建虚拟引脚；

S280、将所述虚拟引脚与前后层级的引脚相连，将跨层级的信号连接转化为相邻层级信号连接。

进一步的，所述步骤S300具体包括如下步骤：

S310、将所述相邻层级信号连接分成不同类型，按照层级和类型排序寻找纵向布线通道；

S320、当纵向布线空间不足时，用虚拟纵向通道记录需要的线轨数，在纵向布线结束后，根据所述线轨数来决定电路器件移动距离；

S330、当纵向布线空间空余时，将纵向布线通道内已被占用的线轨均匀分布。

进一步的，所述相邻层级信号连接的类型包括：左U型、Z型和右U型。

第二方面，本发明提供一种电路原理图自动布线装置，所述装置包括：

通道获取模块，用于将布局的电路器件映射到网表平面，获得用于走线的横向通道和纵向通道；

横向布线模块，用于获取所述网表平面中信号连接层级跨度最远的两个引脚，采用启发式搜索算法获得两个所述引脚的横向布线通道，并将信号连接转化成相邻层级信号连接；

纵向布线模块，利用线性搜索技术获得所述相邻层级信号连接的纵向布线通道，同时通过动态空间感知技术分配具体线轨。

第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序实现如本发明第一方面所述电路原理图自动布线方法的步骤。

第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述电路原理图自动布线方法的步骤。

本发明提供的电路原理图自动布线方法，充分利用了电路器件布局的层级信息，通过改进的启发式搜索算法寻找横向布线通道，并且考虑到距离以及拐点数量，减少了大量的搜索过程和峰值内存消耗，缩短了布线时间；通过线性搜索纵向布线通道，分配具体线轨时考虑到走线类型，减少了多余的交叉和拐点数量；同时通过动态空间感知技术为布线空间不足以及空间冗余提供了解决方案，使得布线结果更加美观。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例提供的一种电路原理图自动布线方法流程图；

图2是本发明实施例提供的一种电路原理图自动布线装置结构图；

图3是本发明实施例提供的一种电子设备结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

目前，对于复杂的电路原理图，通常采用自动布线技术，自动布线技术是基于计算机辅助设计软件，在原理图设计完成后根据设定的规则和约束条件进行自动布线，其中采用A-Star算法的布线方法通常耗时很长，不能充分利用布局的信息，最终展现出来的原理图走线比较混乱，不能清晰看出信号走向和电路器件之间的连接关系，而采用基于线性搜索的布线方法则会导致出现多余的交叉和拐点。因此目前亟需一种缩短布线时间同时保证电路原理图走线清晰，避免过多出现交叉和拐点的自动布线方法。

本发明实施例提供一种电路原理图自动布线方法，有效解决现有技术中布线方法耗时很长，不能充分利用布局信息，导致最终展现出来的原理图走线比较混乱以及出现多余的交叉和拐点的问题。图1是本发明实施例提供的一种电路原理图自动布线方法流程图，如图1所示，该方法主要包括以下步骤：

步骤S100、将布局的电路器件映射到网表平面，获得用于走线的横向通道和纵向通道，具体包括：

将每个布局后的电路器件依次映射到网表平面，由于在电路器件布局结束后，相同层级的器件会摆在同一列，并且电路器件的中心点会对齐，电路器件在布局中的列索引通常被称为层级信息，在映射过程中同时记录每个电路器件的层级信息。

然后根据每个电路器件的上下边界切割网表平面，获得可以走线的横向通道，根据每个电路器件的左右边界切割网表平面，获得可以走线的纵向通道。

步骤S200、获取网表平面中信号连接层级跨度最远的两个引脚，采用启发式搜索算法获得两个引脚的横向布线通道，并将信号连接转化成相邻层级信号连接，具体包括：

通常信号连接是读取网表得到的逻辑信息，其代表了引脚之间的连接，遍历所有的信号连接，记录当前信号连接中层级跨度最远的两个引脚，分别为第一引脚A和第二引脚B。

Anytime Weighted A-Star算法(AWA-Star算法)是在启发式搜索算法A-Star算法的基础上发展起来，AWA-Star算法引入了权值系数，通过扩大启发函数使其扩展节点数目减少，加快搜索速度，同时加入了终止条件，使AWA-Star算法可在时间充裕的条件下继续搜索更优路径。因此本发明实施例采用AWA-Star算法来寻找从第一引脚A到第二引脚B需要经过的横向布线通道，具体包括：

首先找到第一引脚A所在的横向通道X，将与横向通道X连通的其余横向通道置于一个优先队列；然后在优先队列中寻找与横向通道X位于同一水平线即是否需要拐弯，和/或离第二引脚B所在横向通道的纵向距离最近的横向通道Y；最后将与横向通道Y连通的其余横向通道置于优先队列中，重复上述步骤，直至找到第二引脚B所在的横向通道，从而获得第一引脚A和第二引脚B的横向布线通道。

在获得第一引脚A和第二引脚B的横向布线通道后，记录当前信号连接在此横向布线通道的走线类型，具体走线类型分为四种类型，包括上U型、下U型、直连型和Z型。

遍历所有的横向布线通道，将经过横向布线通道的信号连接按照走线类型排序，具体的走线类型排序为上U型、直连型、Z型和下U型，按照以上顺序为不同信号连接分配具体纵坐标。

由于相同层级的电路器件摆在同一列，如果某个信号连接是跨层级的，则在找到此信号连接经过的横向布线通道后，在对应横向布线通道中确定具体纵坐标，根据该纵坐标和该横向布线通道经过层级的横坐标来创建虚拟引脚，该虚拟引脚和前后层级的引脚相连，从而将跨层级的信号转化为相邻层级的信号连接。

步骤S300、利用线性搜索技术获得相邻层级信号连接的纵向布线通道，同时通过动态空间感知技术分配具体线轨，具体包括:

为了减少交叉，将所有相邻层级的信号连接分为三类：左U型，Z型，右U型，然后对信号连接按照层级以及类型排序，具体为按照从左往右的顺序为左U型和Z型信号连接寻找纵向布线通道，从右往左为右U型寻找纵向布线通道，并且同时分配线轨。

在分配线轨的过程中，因为在布局中无法精确估计走线需要的空间大小，所以在纵向布线过程中采用了动态空间感知技术分配线轨，具体包括：当纵向走线空间不足时，用一个虚拟纵向通道记录需要的线轨数，在纵向布线结束后，通过虚拟通道的线轨数来决定将器件右移多少距离；当走线空间有空余时，能够将纵向通道内已被占用的线轨均匀分布，从而使得走线结果更加美观。

在本发明实施例的另一方面，还提供一种电路原理图自动布线装置，图2是本发明实施例提供的一种电路原理图自动布线装置结构图，如图2所示，该装置包括：

通道获取模块210，用于将布局的电路器件映射到网表平面，获得用于走线的横向通道和纵向通道；

横向布线模块220，用于获取网表平面中信号连接层级跨度最远的两个引脚，采用启发式搜索算法获得两个引脚的横向布线通道，并将信号连接转化成相邻层级信号连接；

纵向布线模块230，用于利用线性搜索技术获得相邻层级信号连接的纵向布线通道，同时通过动态空间感知技术分配具体线轨。

基于相同的构思，本发明实施例还提供了一种电子设备结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)310、通信接口(Communications Interface)320、存储器(memory)330和通信总线340，其中，处理器310，通信接口320，存储器330通过通信总线340完成相互间的通信。处理器310可以调用存储器330中的逻辑指令，以执行如上述各实施例所述电路原理图自动布线方法的步骤。例如包括：

步骤S100、将布局的电路器件映射到网表平面，获得用于走线的横向通道和纵向通道；

步骤S200、获取网表平面中信号连接层级跨度最远的两个引脚，采用启发式搜索算法获得两个引脚的横向布线通道，并将信号连接转化成相邻层级信号连接；

步骤S300、利用线性搜索技术获得相邻层级信号连接的纵向布线通道，同时通过动态空间感知技术分配具体线轨。

其中，处理器310可以为中央处理器（Central Processing Unit，CPU）。处理器还可以为其他通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

此外，上述的存储器330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

存储器330可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

基于相同的构思，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序包含至少一段代码，该至少一段代码可由主控设备执行，以控制主控设备用以实现如上述各实施例所述电路原理图自动布线方法的步骤。例如包括：

步骤S100、将布局的电路器件映射到网表平面，获得用于走线的横向通道和纵向通道；

步骤S200、获取网表平面中信号连接层级跨度最远的两个引脚，采用启发式搜索算法获得两个引脚的横向布线通道，并将信号连接转化成相邻层级信号连接；

步骤S300、利用线性搜索技术获得相邻层级信号连接的纵向布线通道，同时通过动态空间感知技术分配具体线轨。

基于相同的技术构思，本申请实施例还提供一种计算机程序，当该计算机程序被主控设备执行时，用以实现上述方法实施例。

所述程序可以全部或者部分存储在与处理器封装在一起的存储介质上，也可以部分或者全部存储在不与处理器封装在一起的存储器上。

基于相同的技术构思，本申请实施例还提供一种处理器，该处理器用以实现上述方法实施例。上述处理器可以为芯片。

综上所述，本发明提供了一种电路原理图自动布线方法、装置、设备及存储介质，充分利用了电路器件布局的层级信息，通过改进的启发式搜索算法寻找横向布线通道，并且考虑到距离以及拐点数量，减少了大量的搜索过程和峰值内存消耗，缩短了布线时间；通过线性搜索纵向布线通道，分配具体线轨时考虑到走线类型，减少了多余的交叉和拐点数量；同时通过动态空间感知技术为布线空间不足以及空间冗余提供了解决方案，使得布线结果更加美观。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种电路原理图自动布线方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S100、将布局的电路器件映射到网表平面，获得用于走线的横向通道和纵向通道；

S200、获取所述网表平面中信号连接层级跨度最远的两个引脚，采用启发式搜索算法获得两个所述引脚的横向布线通道，并将信号连接转化成相邻层级信号连接；

S300、利用线性搜索技术获得所述相邻层级信号连接的纵向布线通道，同时通过动态空间感知技术分配具体线轨，具体包括如下步骤：

S310、将所述相邻层级信号连接分成不同类型，按照层级和类型排序寻找纵向布线通道；

S320、当纵向布线空间不足时，用虚拟纵向通道记录需要的线轨数，在纵向布线结束后，根据所述线轨数来决定电路器件移动距离；

S330、当纵向布线空间空余时，将纵向布线通道内已被占用的线轨均匀分布。

2.根据权利要求1所述的电路原理图自动布线方法，其特征在于，所述步骤S100具体包括以下步骤：

S110、将布局的电路器件依次映射到网表平面，记录所述电路器件的层级信息；

S120、根据所述电路器件的上下边界切割所述网表平面，获得走线的横向通道；

S130、根据所述电路器件的左右边界切割所述网表平面，获得走线的纵向通道。

3.根据权利要求1所述的电路原理图自动布线方法，其特征在于，所述获取所述网表平面中信号连接层级跨度最远的两个引脚，采用启发式搜索算法获得两个所述引脚的横向布线通道，具体包括以下步骤：

S210、遍历所述网表平面中的信号连接，获得所述信号连接中层级跨度最远的第一引脚和第二引脚；

S220、找到所述第一引脚所在的横向通道X，将与所述横向通道X连通的其余横向通道置于一个优先队列；

S230、在所述优先队列中寻找与所述横向通道X位于同一水平线和/或离第二引脚所在横向通道的纵向距离最近的横向通道Y;

S240、将与所述横向通道Y连通的其余横向通道置于所述优先队列中，重复所述步骤S230，直至找到所述第二引脚所在的横向通道；

S250、获得所述第一引脚和所述第二引脚的横向布线通道，记录信号连接在所述横向布线通道的走线类型。

4.根据权利要求3所述的电路原理图自动布线方法，其特征在于，所述信号连接在所述横向布线通道的走线类型包括：上U型、下U型、直连型和Z型。

5.根据权利要求4所述的电路原理图自动布线方法，其特征在于，所述将信号连接转化成相邻层级信号连接具体包括：

S260、遍历所述横向布线通道，将经过所述横向布线通道的信号连接按照走线类型排序，按照顺序为不同的信号连接分配纵坐标；

S270、根据所述纵坐标和所述横向布线通道经过不同层级的横坐标为信号连接创建虚拟引脚；

S280、将所述虚拟引脚与前后层级的引脚相连，将跨层级的信号连接转化为相邻层级信号连接。

6.根据权利要求1所述的电路原理图自动布线方法，其特征在于，所述相邻层级信号连接的类型包括：左U型、Z型和右U型。

7.一种电路原理图自动布线装置，其特征在于，所述装置包括：

通道获取模块，用于将布局的电路器件映射到网表平面，获得用于走线的横向通道和纵向通道；

横向布线模块，用于获取所述网表平面中信号连接层级跨度最远的两个引脚，采用启发式搜索算法获得两个所述引脚的横向布线通道，并将信号连接转化成相邻层级信号连接；

纵向布线模块，利用线性搜索技术获得所述相邻层级信号连接的纵向布线通道，同时通过动态空间感知技术分配具体线轨，具体包括：

将所述相邻层级信号连接分成不同类型，按照层级和类型排序寻找纵向布线通道；

当纵向布线空间不足时，用虚拟纵向通道记录需要的线轨数，在纵向布线结束后，根据所述线轨数来决定电路器件移动距离；

当纵向布线空间空余时，将纵向布线通道内已被占用的线轨均匀分布。

8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序实现如权利要求1至6任一项所述电路原理图自动布线方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述电路原理图自动布线方法的步骤。