[发明专利]一种基于流水线执行策略的硬件SAT求解器

说明书

本发明提供了一种基于流水线执行策略的硬件SAT求解器，包括预处理模块、输出模块和子句搜索及变元翻转模块。其中，预处理模块，用于产生CNF公式变元的初始赋值、提取当前赋值下的不可满足子句以及所述CNF公式的子句和变元信息；输出模块，用于输出所述CNF公式是否是可满足的；子句搜索及变元翻转模块，用于按照预设的最大指定次数内以第一线程、第二线程、第三线程和第四线程按流水线执行策略同步循环执行搜索不可满足子句并按照一定概率对子句变元进行翻转并存储变元翻转后不可满足的子句。本发明提供的硬件SAT求解器在求解SAT问题过程中采用流水线策略，实现了流水线并行求解，提高了硬件系统的工作时钟频率和吞吐率，增强了求解器的处理能力。

技术领域

本发明属于计算机技术领域，具体涉及一种SAT求解器，尤其涉及一种基于流水线执行策略的硬件SAT求解器。

背景技术

SAT问题中(satisifiability problem，布尔可满足性问题)，给定一组有限变元集合X＝{x₁,x₂,…,x_n}，x_n可以被赋值为真(1)或假(0)，文字l_i是变元x_i或其否定且有子句C由文字析取(表示“或”的意思)而成，合取范式CNF(conjectured normalformula)公式由多个子句合取而成，如即是一个有5个变元和4个子句组成的CNF公式。子句中任意文字被赋值为真，则子句为真，或被满足；子句中所有文字同时赋值为假，则称指定赋值使得子句为假，或指定赋值使得子句不被满足，公式为可满足当且仅当所有子句同时被满足。SAT问题是指寻找X上所有变元的一组赋值X′:X→{0,1}，使得为真。如果存在这样的赋值，则是可满足的；如果不存在这样的赋值，则是不可满足的。

SAT问题被史蒂文·库克(Steven Cook)于1971年证明为NP完全问题，这意味着可以在多项式时间内非常快速地求解，并且在多项式时间内，NP类的所有其他问题都可归结为SAT问题。求解SAT问题最直接、粗暴的办法是枚举法，即尝试输入变元的所有可能赋值，然而，这种算法的求解时间会随着变元数量的增加呈指数增长。

在过去的几十年里，解决SAT问题的算法，也称为SAT求解器，取得了巨大的进步。十多年前认为无法求解的问题，现在可以用先进的SAT求解器在几秒钟内得以解决。现代SAT求解器可以集成更为先进的求解技术，通过这些技术开发的软件求解器甚至能够解决多大数百万个变元的难的SAT问题。

当SAT求解器试图解决一个问题时，它会对变元进行完全或部分赋初值(分别用α和β表示)。对公式完全赋值是对公式中的每一个变元赋0或者1，如α＝(x₁＝1,x₂＝0,x₃＝1,x₄＝1,x₅＝1)。相反，部分赋值是对公式变元集合的子集赋值，如β＝(x₁＝1,x₂＝0)。对公式的赋值应遵循布尔逻辑的规则。例如，子句中存在某个或多个文字为真(即值为1)，则该子句是可满足的，并可从公式中删除。如果公式是空的(即不再有需要满足的子句)，则该公式满足。相反，如果子句中文字为假，则可从子句中删除该文字。因此，如果子句是空的，那么该子句就不能被满足，故简化后的公式也是不可满足的。

现有的硬件SAT求解器大部分都是按顺序执行的，多个步骤执行时，前一步骤完成后往往需要多个时钟周期来等待处理下一个步骤，这就产生的延迟，带来了大量的时钟开销，系统的吞吐率较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于流水线执行策略的硬件SAT求解器，在硬件SAT求解器求解SAT问题过程中采用流水线策略，提高了硬件系统的工作时钟频率和吞吐率，增强了求解器的处理能力。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：