GALS设计方法

论文摘要

GALS（全局异步局部同步）方法很好地结合了同步设计和异步设计方法的优点,特别是在解决多时域问题和模块更新的复用性等方面有着得天独厚的优势。其设计思想是,将各个功能模块采用同步方式设计,然后用同步-异步转换接口将各同步模块封装起来,各模块以异步方式来实现通信。本文从异步电路设计原理及GALS系统原理、方法和模块设计等方面展开了广泛的研究,为GALS设计奠定了基础。本文的工作集中在:分析了最简C单元、三输入C单元电路的工作原理,实现其管级电路设计,并进行功能验证;给出了三输入C单元电路的版图设计;对set-C单元及reset-C单元提出了多种设计方案,并从能耗、上升或下降延迟等方面得出一种最佳方案;完成设计GALS系统的核心模块——GALS异步封装电路;作为一个完整的点对点GALS设计实例,大约通过900个MOS管,成功设计并实现了模4计数器向模8计数器传输数据。所有仿真均基于0.25μm标准CMOS工艺。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文背景
• 1.2 研究意义
• 1.2.1 GALS 方法的优势
• 1.2.2 GALS 方法面临的一些挑战
• 1.2.3 总结
• 1.3 论文的主要工作及内容安排
• 第二章 异步电路设计原理
• 2.1 异步电路的分类
• 2.1.1 延迟模型
• 2.1.2 环境和电路模型
• 2.2 握手协议
• 2.2.1 信号传输协议
• 2.2.2 数据编码协议
• 2.3 异步电路中的几种重要单元
• 2.3.1 C 单元
• 2.3.2 Muller 管道
• 2.3.3 Merge
• 2.3.4 Mux
• 2.3.5 Demux
• 2.3.6 Mutual exclusion
• 2.3.7 Arbiter
• 2.4 异步电路中的冒险现象
• 第三章 GALS 设计理论
• 3.1 GALS 系统的基本概念
• 3.1.1 结构分类
• 3.1.2 基本模型及原理
• 3.2 GALS 方法的时钟低功耗
• 3.2.1 功耗节省和上限分析
• 3.2.2 时钟功耗
• 3.2.3 通信开销
• 3.2.4 局部时钟产生和开销
• 第四章 三种C 单元的CMOS 实现与仿真
• 4.1 最简C 单元的CMOS 实现与仿真
• 4.2 三输入C 单元的CMOS 实现与仿真
• 4.3 SET-C 单元的三种CMOS 设计与仿真
• 4.3.1 set-C 单元
• 4.3.2 set-C 单元的三种CMOS 实现
• 4.3.3 仿真分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 GALS 系统的设计及实现
• 5.1 GALS 系统的模块及握手协议
• 5.2 W-PORT 电路的设计与仿真
• 5.2.1 w-port 电路
• 5.2.2 reset-C 单元的设计
• 5.2.3 w-port 电路的仿真
• 5.3 R-PORT 电路及仿真
• 5.3.1 r-port 电路
• 5.3.2 r-port 电路的仿真
• 5.4 WR-PORT 电路及仿真
• 5.5 可暂停时钟模块
• 5.6 GALS 异步封装电路与仿真
• 5.7 点对点GALS 系统的实例仿真
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间参加课题和论文发表情况