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文檔簡介
1、隨著芯片集成度的不斷增加,單片上集成的IP核越來越多,芯片的時鐘信號分配和功耗控制的難度越來越大。為了解決這個難題,全局異步局部同步(GALS)的設(shè)計思想被提出并逐步發(fā)展起來:芯片上既可集成同步電路模塊,又可集成異步電路模塊,允許芯片上的每個IP核擁有自己的工作頻率,芯片之間應(yīng)用通信接口等進行異步通信。全局異步局部同步的思想使得設(shè)計能集合異步和同步的優(yōu)點而逐漸成為設(shè)計高速、低功耗大規(guī)模集成電路多核片上系統(tǒng),尤其是片上網(wǎng)絡(luò)芯片的有效方法。
2、在全局異步局部同步系統(tǒng)中,IP核之間的通信接口是影響芯片性能的主要因素,也是目前研究的重點和難點。本文著重對這一問題進行了研究,所取得的主要研究成果如下:
1.通過對異步電路已有的知識進行研究,在Cadence平臺下,以工藝庫SMIC18μm為基礎(chǔ),組建了異步電路門單元庫,并用幾種常用異步電路協(xié)議實現(xiàn)了異步設(shè)計中的準(zhǔn)延時無關(guān)電路模塊。
2.針對傳統(tǒng)片上系統(tǒng)設(shè)計同步時鐘引起的功耗大、IP核可重用性差等缺點,提出
3、一種可用于多核片上系統(tǒng)和片上網(wǎng)絡(luò)的快速延時無關(guān)同、異步轉(zhuǎn)換接口電路。接口由采用門限門的環(huán)形FIFO實現(xiàn),去除了同步時鐘,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)從同步時鐘模塊到異步模塊的高速傳輸,支持多種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議并保證數(shù)據(jù)在傳輸中延時無關(guān)。
3.以提出的環(huán)形FIFO運行協(xié)議和相應(yīng)的高可重用性的FWO體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),完成了異步模塊到同步模塊之間的通信轉(zhuǎn)換接口設(shè)計。此接口可在支持多種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的前提下,保證數(shù)據(jù)從異步時鐘模塊到同步時鐘模塊的高速延時無
4、關(guān)傳輸,同時在傳輸能耗方面具有一定優(yōu)勢。
4.對不同時鐘域間的通信接口進行了研究。將異步的握手思想應(yīng)用到同步電路設(shè)計當(dāng)中,以環(huán)形FIFO體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),設(shè)計出具有“等待時間無關(guān)”特性的不同時鐘域間通信轉(zhuǎn)換接口。并將保證通信質(zhì)量的雙軌編碼方法應(yīng)用到通信接口的傳輸通道當(dāng)中,使接口能夠以串并結(jié)合的方式穩(wěn)定的傳輸數(shù)據(jù),符合多核片上系統(tǒng)接口高速、低功耗和強魯棒性的設(shè)計要求。
5.對異步電路傳輸協(xié)議進行了研究。提出了一種
5、新的異步電路傳輸協(xié)議,稱為具有內(nèi)部握手的數(shù)據(jù)綁定協(xié)議(inner-handshake bundled data protocol)。與之對應(yīng)的電路繼承了捆綁協(xié)議的優(yōu)點,同時擁有準(zhǔn)延時無關(guān)的特性。并且這種設(shè)計協(xié)議放寬了數(shù)據(jù)捆綁協(xié)議的時序約束,使得設(shè)計者不再需花精力使數(shù)據(jù)通道和傳輸控制之間達成嚴格的延時匹配。應(yīng)用這種協(xié)議設(shè)計出了異步電路協(xié)議轉(zhuǎn)換接口,仿真結(jié)果表明,接口在速度、功耗、面積和魯棒性方面擁有一定的優(yōu)勢,可證明所提出的設(shè)計協(xié)議具有優(yōu)
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