GALS系統(tǒng)互連及設計方法的研究.pdf

1、隨著半導體工藝的進步和IP核復用技術(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、模塊化性能和無時鐘偏移等方面的優(yōu)勢正在顯現(xiàn)出來，異步設計方法也在近年來重新成為重要的研究內(nèi)容。由于異步設計面臨沒有成熟的EDA工具支持、測試困難等主要障礙，綜合同步和異步各自優(yōu)勢的全局異步局部同步(GALS)設計技術(shù)得到了相應的重視。在全局異步局部同步的設計中，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、信采用異步方式實現(xiàn)。
　　 論文針對新一代系統(tǒng)芯片發(fā)展的需求，重點研究了GALS系統(tǒng)的關(guān)鍵電路單元及系統(tǒng)設計技術(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)絡結(jié)構(gòu)、節(jié)點組成和網(wǎng)絡內(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傳輸協(xié)議及二相信號傳輸協(xié)議的工作過程。對數(shù)據(jù)傳送采用單軌和雙軌編碼的方式進

3、行了討論，得到了握手信號與數(shù)據(jù)信號的狀態(tài)配合態(tài)序。
　　 二、研究設計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單元和帶設置端C單元的晶體管級CMOS電路設計，給出了基于SMIC0.18μm標準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。對分支、合并和選擇單元等功能模塊進行了等比工藝條件下的CMOS電路設計。這些異步功能單元為大規(guī)模異步信號傳送電路和GALS系統(tǒng)的設計奠定了基礎。

4、
　　 三、研究設計了GALS系統(tǒng)的可控可暫停時鐘電路。根據(jù)不同功能模塊對時鐘的不同要求，研究設計了多種可控可暫停時鐘產(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)精細度、功耗和面積開銷。組合使用這些時鐘產(chǎn)生器，可以滿足系統(tǒng)的各種需要。
　　 四、研究設計了異步握手接口電路?；谒南鄦诬墔f(xié)議，建立了同步異步讀寫轉(zhuǎn)換接口的信號轉(zhuǎn)換圖，采用單元電路和petrify綜合方法設計實現(xiàn)了異步握手接口電路。通

5、過petrify軟件的綜合，得到由復合門組成的握手信號產(chǎn)生電路。采用同步設計的EDA工具，用硬件描述語言設計寄存器傳輸級的異步握手協(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。
　　 五、研究了GALS系統(tǒng)模型和設計方法。借助同步數(shù)字設計EDA工具，通過硬件描述語言編程，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異步握手電路封裝，構(gòu)成了點對點的GALS系統(tǒng)。通過軟硬件仿真，驗證了GALS系統(tǒng)