GALS系統(tǒng)互連及設(shè)計(jì)方法的研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步和IP核復(fù)用技術(shù)的發(fā)展，同步電路在性能上的提高目前已接近極限。異步電路在低功耗、低噪聲、抗干擾、模塊化性能和無(wú)時(shí)鐘偏移等方面的優(yōu)勢(shì)正在顯現(xiàn)出來(lái)，異步設(shè)計(jì)方法也在近年來(lái)重新成為重要的研究?jī)?nèi)容。由于異步設(shè)計(jì)面臨沒(méi)有成熟的EDA工具支持、測(cè)試?yán)щy等主要障礙，綜合同步和異步各自優(yōu)勢(shì)的全局異步局部同步(GALS)設(shè)計(jì)技術(shù)得到了相應(yīng)的重視。在全局異步局部同步的設(shè)計(jì)中，片上局部模塊可以直接使用成熟的IP同步模塊，模塊之間的互連與通

2、信采用異步方式實(shí)現(xiàn)。
　　 論文針對(duì)新一代系統(tǒng)芯片發(fā)展的需求，重點(diǎn)研究了GALS系統(tǒng)的關(guān)鍵電路單元及系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。主要研究工作及創(chuàng)新性成果包括：
　　 一、系統(tǒng)研究了GALS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)組成和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的通訊方式。分析了用異步接口封裝同步功能模塊的GALS模型，討論了異步封裝電路彼此通信的握手協(xié)議和狀態(tài)控制，給出了異步電路握手的方法和四相信號(hào)傳輸協(xié)議及二相信號(hào)傳輸協(xié)議的工作過(guò)程。對(duì)數(shù)據(jù)傳送采用單軌和雙軌編碼的方式進(jìn)

3、行了討論，得到了握手信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)的狀態(tài)配合態(tài)序。
　　 二、研究設(shè)計(jì)了用于異步互連的關(guān)鍵單元和異步系統(tǒng)的功能模塊。完成了C單元和帶設(shè)置端C單元的晶體管級(jí)CMOS電路設(shè)計(jì)，給出了基于SMIC0.18μm標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的電路網(wǎng)表和最終版圖，分析了各關(guān)鍵單元的能耗、上升延遲和下降延遲特性。對(duì)分支、合并和選擇單元等功能模塊進(jìn)行了等比工藝條件下的CMOS電路設(shè)計(jì)。這些異步功能單元為大規(guī)模異步信號(hào)傳送電路和GALS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

4、
　　 三、研究設(shè)計(jì)了GALS系統(tǒng)的可控可暫停時(shí)鐘電路。根據(jù)不同功能模塊對(duì)時(shí)鐘的不同要求，研究設(shè)計(jì)了多種可控可暫停時(shí)鐘產(chǎn)生器，其頻率范圍覆蓋了200MHz～2.4GHz，具有不同的頻率調(diào)節(jié)精細(xì)度、功耗和面積開(kāi)銷。組合使用這些時(shí)鐘產(chǎn)生器，可以滿足系統(tǒng)的各種需要。
　　 四、研究設(shè)計(jì)了異步握手接口電路。基于四相單軌協(xié)議，建立了同步異步讀寫(xiě)轉(zhuǎn)換接口的信號(hào)轉(zhuǎn)換圖，采用單元電路和petrify綜合方法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了異步握手接口電路。通

5、過(guò)petrify軟件的綜合，得到由復(fù)合門組成的握手信號(hào)產(chǎn)生電路。采用同步設(shè)計(jì)的EDA工具，用硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)寄存器傳輸級(jí)的異步握手協(xié)議電路，完成握手電路構(gòu)成的異步封裝電路，為構(gòu)建GALS系統(tǒng)提供了基本節(jié)點(diǎn)。
　　 五、研究了GALS系統(tǒng)模型和設(shè)計(jì)方法。借助同步數(shù)字設(shè)計(jì)EDA工具，通過(guò)硬件描述語(yǔ)言編程，得到了系統(tǒng)的各異步邏輯功能模塊。將同步功能模塊通過(guò)異步握手電路封裝，構(gòu)成了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的GALS系統(tǒng)。通過(guò)軟硬件仿真，驗(yàn)證了GALS系統(tǒng)