[發明專利]連續微流控生物芯片下存儲最小化的高級綜合設計方法

有效

• 申請號: 202110337815.9
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN112836397B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發明（設計）人: 劉耿耿;林泓星;黃興;徐賽娟;郭文忠;陳國龍
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F113/08
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳鼎桂;蔡學俊

本發明涉及一種連續微流控生物芯片下存儲最小化的高級綜合設計方法，基于路徑調度算法,其特征在于，包括以下步驟：步驟S1:根據給定時序圖，遍歷計算所有操作的優先權，確定操作的調度順序；步驟S2:優先調度具有較小優先權的操作，計算特定組件的準備時間，選擇準備時間最早的組件，綁定并執行所調度的操作；步驟S3:調度該操作優先權最小且就緒的子操作，進行綁定；步驟S4:調度執行給定時序圖中所有的操作，得到一組綁定和調度解，以及組件之間的流體運輸任務，完成高級綜合設計。本發明能獲得具有較少存儲次數的連續微流控生物芯片的高級綜合設計方案。

技術領域

本發明屬于微流控生物芯片設計技術領域，具體涉及一種連續微流控生物芯片下存儲最小化的高級綜合設計方法。

背景技術

連續微流控生物芯片將樣品和試劑的消耗量從毫升降至微升，甚至納升級別，可以有效降低實驗成本。隨著制造工藝的不斷進步，可以在單一芯片中集成數千個閥門和大規模的微通道網絡，甚至更多，使得連續微流控生物芯片具有微型化、集成化等優點。同時，隨著連續微流控生物芯片的集成度和設計復雜性的提高,最初的設計方法出現了新的難點，即使是使用現有的計算機輔助設計和電子設計自動化工具都很難應付。

因此，研究人員提出了連續微流控生物芯片自上而下的自動化體系架構綜合設計方法，將其分成流層物理設計與控制層物理設計。在連續微流控生物芯片的流層物理設計中，包括兩個主要設計階段：(1)高級綜合階段，將生化操作序列圖中的操作按照特定的調度順序綁定到組件庫中對應的組件上執行，以確定所需的組件以及組件之間的流體運輸任務。(2)物理設計階段，將分配的組件布置到生物芯片中的確切位置，同時通過流通道在組件之間建立有效的連接。

在整個連續微流控生物芯片的流層物理設計階段中，研究人員需要預先知道所需要的組件以及組件之間的流體運輸任務，以最大化連續微流控生物芯片的執行效率，因此高級綜合階段成為了整個流層物理設計中極其重要的一個環節。高級綜合階段需要完成以下兩個目標：(1)尋找一個綁定函數，將每一個生化反應操作綁定到特定的組件上執行。(2)生成一個調度方案，使得時序圖中所有的生化反應操作都能執行。高級綜合階段的結果將決定后續連續微流控生物芯片的物理設計難度，進而影響到整個物理設計的結果。因此，高級綜合階段是生物芯片流層物理設計過程中非常關鍵的階段。

在連續微流控生物芯片的流層上，有一種特殊的組件，即專用存儲器(如圖2所示)，用于存儲暫時不需要進行生化反應操作的中間流體。由于生物芯片面積有限，可能會出現芯片上專用存儲器內存儲單元的數量少于需要同時存儲的中間流體數量的情況，進而影響芯片的執行效率。因此，如果可以減少高級綜合階段中的存儲次數和所需要的存儲單元，則可以將圖2(b)所示的專用存儲器放置在生物芯片上，進而減少生物芯片的面積和流通道總長度。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種連續微流控生物芯片下存儲最小化的高級綜合設計方法，以減少存儲次數、減少存儲單元為目標，最終可得到較好的高級綜合結果。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種連續微流控生物芯片下存儲最小化的高級綜合設計方法，基于路徑調度算法,其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1:根據給定時序圖，遍歷計算所有操作的優先權，確定操作的調度順序；

步驟S2:優先調度具有較小優先權的操作，計算特定組件的準備時間，選擇準備時間最早的組件，綁定并執行所調度的操作；

步驟S3:調度該操作優先權最小且就緒的子操作，進行綁定；

步驟S4:調度執行給定時序圖中所有的操作，得到一組綁定和調度解，以及組件之間的流體運輸任務，完成高級綜合設計。