异步集成电路设计方法综述
异步时序逻辑电路的分析与设计
异步时序逻辑电路的分析与设计异步时序逻辑电路是一种基于信号的到达时间和时序性的电路设计方法。
与同步时序逻辑电路不同，异步时序逻辑电路中的数据传输和处理不依赖于时钟信号，而是根据输入信号的到达顺序和时序关系来进行操作。
本文将详细介绍异步时序逻辑电路的分析与设计。
异步时序逻辑电路的分析主要包括信号流图的建立和状态表的推导。
首先，通过对输入信号的时序关系进行分析和理解，可以根据具体应用需求建立信号流图。
信号流图是一种图形化表示方式，其中包含了电路中信号的流动方式以及各个元件的逻辑功能。
在建立信号流图时，需要注意信号的输入和输出时间以及逻辑功能的实现方式，这是实现异步时序逻辑电路的关键。
在信号流图的基础上，可以根据信号的到达先后顺序推导状态表。
状态表是对电路中每个元件当前状态和下一状态的描述。
通过观察信号流图，可以确定每个元件在不同状态下的输出值，并利用这些信息进行状态表的推导。
在状态表中，可以列出元件的当前状态和下一状态的取值，并根据逻辑功能的要求来确定元件的控制信号。
异步时序逻辑电路的设计主要涉及到逻辑电路元件的选择和电路的优化。
在异步时序逻辑电路中，常用的逻辑电路元件包括触发器、门电路和编码器等。
根据实际需求，可以选择不同类型的逻辑电路元件来实现电路的逻辑功能。
在设计时，需要注意减少电路的延迟和功耗，提高电路的性能和可靠性。
可以通过选择低延迟的元件、合理布局电路和优化信号传输路径等方式来减小电路的延迟。
另外，可以采用时序检测和冗余检测等方法来增加电路的可靠性。
除了分析和设计，测试和验证是异步时序逻辑电路设计中的重要环节。
可以利用仿真软件对电路进行测试和验证，以确保电路的正确性和性能。
通过仿真可以观察电路的输入输出关系，检测是否存在冲突或错误，并进行合理的调整和优化。
总结起来，异步时序逻辑电路的分析与设计涉及到信号流图的建立、状态表的推导、元件的选择和电路的优化等方面。
通过合理的分析和设计，可以实现复杂的时序逻辑功能，并提高电路的性能和可靠性。
异步电路设计方法学研究
异步电路设计方法学研究异步电路设计方法学研究引言异步电路设计是电子工程中的重要领域，广泛应用于数字电子系统和通信系统等。
随着科技的发展和应用场景的多样化，人们对异步电路的可靠性、功耗和性能等方面的要求也越来越高。
因此，研究异步电路设计的方法学，探索更优化、更高效的设计方法，对于满足现代电子系统的需求具有重要意义。
一、异步电路设计方法的发展历程异步电路设计方法学的发展经历了多个阶段。
早期阶段主要是基于原始的门电路设计，具有硬连线的特性。
随着技术的进步，人们开始研究基于传输门的设计方法，这种方法可以提高电路的可编程性和扩展性，但也存在时序收敛的困难。
为了解决这个问题，人们提出了基于状态机的设计方法，通过将同步状态机转化为异步状态机，使电路具有更好的并发性。
近年来，又出现了基于消息传递的设计方法，通过消息传递的方式实现电路的通信和同步。
二、异步电路设计方法学的研究内容1. 基于门电路的设计方法基于门电路的设计方法是最早期的异步电路设计方法之一。
这种方法的核心是通过逻辑门实现电路的功能，然后通过硬连线将各个逻辑门连接起来。
这种设计方法简单直接，适用于小型异步电路的设计，但在面对大规模异步电路时，由于连接线的交叉和平行，易产生时序收敛困难。
2. 基于传输门的设计方法基于传输门的设计方法是在门电路的基础上进行改进的。
传输门可以实现任意布尔函数，具有较高的可编程性和扩展性。
这种设计方法通过将逻辑信息传递给下一个传输门，实现电路的数据交换和通信。
然而，由于传输时间的不确定性和时序收敛的困难，这种设计方法在大规模异步电路中的应用受到限制。
3. 基于状态机的设计方法基于状态机的设计方法是一种常见的异步电路设计方法。
这种方法通过将同步状态机转化为异步状态机，使电路具有更好的并发性和随机性。
在这种设计方法中，每个状态通过触发器来存储，并且通过传输线来实现不同状态之间的跳转。
这种设计方法具有较好的数据流形式和时序保证能力，适用于处理复杂的电路逻辑。
集成电路设计方法及其应用
集成电路设计方法及其应用一、引言随着科技的发展，集成功率越来越高，使得集成电路设计得以广泛应用于众多领域，并极大地推动了人类社会的发展。
本文旨在介绍集成电路设计方法以及在电子领域中的应用。
二、集成电路设计方法集成电路设计是指将各种电子元器件集成到一块芯片上的技术，主要包括以下几个步骤：1. 设计规格：定义电路设计的需求和限制，包括电路的电性能、尺寸要求、功耗等。
2. 电路设计：根据设计规格，绘制出电路原理图，并进行电路分析和仿真，使得整个电路达到指定的电性能和其他要求。
3. 物理布局：将电路原理图转化为实际的芯片布局图，包括电路元器件的位置、大小、间距等。
4. 电路铺排：完成物理布局后，进行电路连线布局，根据电路的信号传输要求，将电路元器件引脚相互连接。
5. 驱动生成：生成驱动电路，并将其加入到芯片设计中，来满足集成电路的工作要求。
6. 时序分析：通过时序分析，确保电路能够实现将电信号送到正确的位置，并按要求正确的数据值进行处理。
7. 特性测量：通过测试电路原型，检测电路是否能够达成其设计规格要求。
在集成电路设计中，以上步骤都是至关重要的，每个步骤都直接关系到集成电路的性能。
三、集成电路的应用集成电路应用非常广泛，其主要应用于电子设备、计算机、通信设备、航空航天、医学、汽车、仪器仪表和家用电器等领域。
1. 计算机计算机是集成电路应用的主要领域之一，现代计算机的各种元器件都是在集成电路上集成的，包括CPU、内存、芯片组、显示芯片等。
2. 通信设备通信设备是集成电路应用的另一个主要领域，包括各种类型的电话、手机、调制解调器、路由器、交换机等。
3. 航空航天航空航天是集成电路应用领域之一，航天器、卫星等需要具备高度的自主控制、通信、数据传输和数据处理能力，而这些都依赖于集成电路。
4. 医学在医学领域中，集成电路被广泛应用于各种医疗设备，包括心脏起博器、X光设备、医学图像处理器等。
5. 汽车在汽车领域中，集成电路被广泛应用于控制和监测汽车的各种功能，包括发动机控制、空调控制、自动驾驶控制、汽车导航等。
异步电路设计方法研究
异步电路设计方法研究随着现代电子技术的快速发展，异步电路设计方法在数字系统中的应用日益广泛。
与同步电路不同，异步电路是一种不依赖于时钟信号进行数据传输和处理的电路设计方法。
它具有高可靠性、低功耗、低辐射噪声等优点，因而在许多领域中具有重要的研究价值和应用前景。
异步电路设计方法的研究主要包括两个方面：异步电路的建模和异步电路的设计技术。
首先，异步电路的建模是指将异步电路转化为一种数学模型，以便进行分析和仿真。
常见的异步电路建模方法有Petri网、时序Petri网、状态图等。
这些模型可以精确地描述异步电路的行为和时序，为后续的设计和优化提供了基础。
其次，异步电路的设计技术是指根据给定的功能要求，设计出满足要求的异步电路。
异步电路设计技术主要包括通信协议的设计、逻辑电路的设计和时序控制的设计。
通信协议的设计是指确定异步电路中各个模块之间的通信方式和规则，以保证数据的正确传输和处理。
逻辑电路的设计是指设计异步电路中各个模块的逻辑功能和电路结构，以实现给定的功能要求。
时序控制的设计是指设计异步电路中的时序逻辑和控制电路，以保证各个模块之间的同步和协调。
在异步电路设计方法的研究中，还存在一些关键问题需要解决。
首先，异步电路的设计方法需要考虑到电路的可靠性和稳定性，以避免由于时序不一致等问题导致电路失效。
其次，异步电路的设计方法需要考虑到电路的功耗和性能，以满足不同应用场景的需求。
最后，异步电路的设计方法需要考虑到电路的可扩展性和可重构性，以适应不同规模和功能的系统设计。
总之，异步电路设计方法的研究对于提高数字系统的性能和可靠性具有重要意义。
随着电子技术的不断发展和应用需求的不断增加，异步电路设计方法将不断得到改进和完善，为数字系统的设计和应用提供更多的选择和可能性。
集成电路设计方法国内外研究综述与展望
集成电路设计方法国内外研究综述与展望近年来，随着电子产品市场的不断发展壮大，集成电路设计方法也愈发受到重视。
集成电路设计方法是将电路设计和系统设计相结合，针对集成电路的特点和需求，采用一系列的设计工具和技术，以提高电路设计的效率和可靠性。
本文将就集成电路设计方法在国内外的研究进展进行综述，并对未来的发展进行展望。
国内外在集成电路设计方法的研究方面都取得了一定的成果。
在国内，研究机构和高校积极开展了集成电路设计方法的研究工作。
例如，中国科学院的微电子研究所开展了针对数字和模拟电路设计的研究，提出了一系列的设计方法和流程。
此外，北大清华等高校也在集成电路领域进行了深入的研究，致力于开发高效、可靠的电路设计方法。
国外方面，美国、欧洲和日本等发达国家一直处于集成电路设计方法的前沿地位。
美国的斯坦福大学和加州大学伯克利分校等著名大学在集成电路设计方法研究方面取得了显著成果。
例如，他们在高层次综合和自动布线等关键技术上进行了深入研究，并提出了一系列创新性的设计方法。
欧洲方面，德国的图宾根大学在片上系统设计和可重构技术等方面进行了积极的研究，并取得了一定的成果。
日本方面，东京大学和京都大学等高校在低功耗和高性能电路设计方面进行了深入研究。
随着集成电路的不断发展和需求的增加，集成电路设计方法也面临着一些挑战和问题。
首先，集成电路设计的复杂性和规模不断增加，传统的设计方法已经无法满足需求。
因此，如何提高设计的效率和可靠性成为当前的重要问题。
其次，随着新技术的不断涌现，如人工智能和物联网等，对电路设计方法提出了新的要求。
例如，在人工智能领域，对于神经网络和深度学习的集成电路设计方法需要进一步研究和改进。
此外，集成电路设计方法还需要考虑功耗、可靠性和安全性等重要问题。
为了应对这些挑战，未来的研究方向应着重于以下几个方面。
首先，研究人员需要深入挖掘新的设计方法和技术，以提高电路设计的效率和可靠性。
例如，可以探索新的高层次综合方法和自动布线算法，进一步提升设计的自动化水平。
集成电路设计和优化方法研究
集成电路设计和优化方法研究随着科技的不断发展，集成电路（Integrated Circuit, IC）已经成为现代电子设备的核心组成部分。
集成电路设计和优化方法的研究，对于提高电路性能、降低功耗、增加集成度以及提高生产效率，都具有重要意义。
本文将从集成电路设计的背景和意义、设计流程、设计和优化方法等几个方面进行综述。
通过对集成电路设计和优化方法的研究，实现电子设备的高效性能和可持续发展。
1. 背景和意义集成电路是将数百万、甚至数十亿个晶体管等器件以及电气连接线集成在一个芯片上的电路。
由于其高度集成、小型化、低功耗等特点，集成电路在电子设备中得到广泛应用。
随着大数据、人工智能、物联网等技术的发展，对于集成电路的性能要求也越来越高。
因此，设计和优化方法的研究对于满足不断升级的电子设备需求具有重要意义。
2. 设计流程集成电路设计流程是指从需求分析、设计概念、电路设计、布局布线、制造测试到集成电路的全过程。
设计流程的合理规划和高效执行对于实现设计效果至关重要。
首先，在需求分析阶段，需要明确设计电路的功能、性能要求、功耗限制等，为后续设计和优化方法提供指导。
其次，设计概念阶段是通过创新思维和设计方法，提出初步的电路结构和实现方案。
设计概念的选择直接影响着电路性能和集成度。
然后，在电路设计阶段，利用计算机辅助设计工具对电路进行建模和仿真，验证其功能和性能，同时考虑功耗、时延等因素。
电路设计的关键是高效的算法和设计方法。
接下来，布局布线阶段是将电路中的各个单元进行布局、相互连接，形成最终的电路结构。
布线的合理规划和优化对电路性能和功耗都有重要影响。
最后，制造测试阶段是通过光刻、沉淀、薄膜成型等工艺将电路制造出来，并进行测试验证。
制造测试的目的是确保电路符合设计要求，并对生产过程进行改进和优化。
3. 设计和优化方法为了满足电子设备对于性能、功耗、集成度的要求，集成电路设计中涌现了众多的设计和优化方法。
以下是几种常用的方法：逻辑综合和优化方法：逻辑综合是指将高级语言描述的电路转化为基本逻辑门实现的方法。
集成电路设计的基本原理与方法
集成电路设计的基本原理与方法集成电路设计是现代电子科技的重要组成部分，是电子工程技术中不可缺少的一环。
随着科技的快速发展，集成电路设计得到了广泛应用，已成为数字化时代必不可少的基础技术。
本文将介绍集成电路设计的基本原理与方法，以期对该领域有所了解与促进发展。
一、集成电路设计的基本原理集成电路的设计是指通过综合利用扩散、氧化、光刻、电镀等一系列微电子加工工艺，将多个可靠、经济、小型化芯片器件集成于一块半导体晶片上，形成一个完整的电路系统。
具体来说，集成电路设计的基本原理包括以下几个方面。
1.电路设计的原理集成电路设计需要首先确定电路的基本结构，确定功能模块和电路连线，然后绘制电路图。
在电路图制作过程中，需要采用各种原理和方法，如分析电路特性、考虑电磁兼容、避免电子设备EMI、优化电路传输速度等。
2.芯片的设计原理芯片的设计，必须考虑到电路实际运用中的复杂情况，包括电路功能、电路中参数，芯片体积等方面的要求。
这一步，需要采用各种电路分析手段，例如建立芯片功能分层、布图等方式，以供建立芯片的抽象模型。
3.制造技术的原理制造技术是集成电路设计的前提和根本。
集成电路制造需要比较复杂的微电子加工技术，如光刻、干法刻蚀、离子注入等。
其中的光刻和电镀是影响制造效率和准确性的两个关键因素。
因此，需要采用高端设备，如光刻机、电镀机等，保证生产质量。
二、集成电路设计的基本方法在集成电路设计的过程中，需要采用一些基本方法，如前期设计、逻辑合成、电路仿真、芯片布图、器件库编写等。
具体如下：1.前期设计在进行正式的电路设计之前，需要在纸面上进行改进和合理化设计。
前期设计可以有效地节约设计的时间和制造成本，是集成电路设计的第一步。
2.逻辑合成逻辑合成是将电路图转换为具有优化功能的结构的过程。
在逻辑合成中，需要借助计算机等高级应用软件，以直观高效的方式对电路图进行处理。
逻辑合成是集成电路设计的核心。
3.电路仿真电路仿真是在集成电路设计中常用的方法之一。
集成电路设计中的设计方法和策略
集成电路设计中的设计方法和策略集成电路设计是电子工程中的重要分支，它涉及到电路设计、芯片设计、器件设计等多个领域。
随着集成电路技术的进步，设计方法和策略也在不断发展，本文将从三个方面探讨集成电路设计中的设计方法和策略。
一、集成电路设计方法在集成电路设计中，常用的设计方法包括原理图设计、硬件描述语言（HDL）设计和模拟设计等。
原理图设计是一种传统的设计方法，它是通过绘制电路图来完成电路设计的。
这种方法适用于设计简单的电路，但在设计复杂的电路时，容易出现设计错误和调试困难的问题。
HDL设计是一种比较新的设计方法，它是以编程语言的形式来描述电路，可以减少设计错误和提高设计效率。
其中常用的编程语言有Verilog和VHDL等。
相比于原理图设计，HDL设计可以在更高的抽象层次上进行设计，使得设计中的电路结构更清晰、更易于管理。
模拟设计是一种基于仿真器件验证电路功能和性能的设计方法。
在模拟设计中，可以通过仿真器件模拟电路的运行过程，验证电路的正确性和性能指标。
这种方法可以在设计过程中发现电路的潜在问题，并及时纠正。
二、集成电路设计策略在集成电路设计中，有一些常用的设计策略可以帮助设计师快速、高效地完成电路设计。
其中，最常用的策略包括设计复用、规范化设计和设计自动化等。
设计复用是指在设计过程中，复用已经设计好的电路模块。
这种方法可以减少设计时间和成本，并提高电路的可靠性和稳定性。
复用设计的电路模块可以通过电子设计自动化工具进行管理，方便设计师快速选择和调用，提高设计的效率和质量。
规范化设计是指在设计过程中，采用统一的标准和规范进行设计。
这种方法可以减少设计过程中的错误和不必要的重复，提高设计的可维护性和可扩展性。
在设计过程中，可以采用设计模板和设计规范来指导设计师进行设计，使得设计更加标准化和规范化。
设计自动化是指通过电子设计自动化工具完成电路设计的过程。
这种方法可以减少人工干预，提高设计的效率和质量。
在设计过程中，可以采用自动布线、自动布局等工具来完成电路设计，同时也可以采用模拟器件、SPICE仿真等工具来验证电路的正确性和性能。
集成电路设计中的异步电路技术研究
集成电路设计中的异步电路技术研究一、异步电路技术的概述集成电路设计中的异步电路技术是指设计中采用不需要时钟信号来协调和同步信息交换的电路技术。
异步电路技术可以避免由时钟同步引起的各种问题，如时钟漂移、时钟抖动等问题。
异步电路技术可以实现更加高效的数据传输，提高电路的稳定性和可靠性。
二、异步电路的优点1.抵抗时钟抖动：时钟抖动是硬件设计时必须面对的主要问题之一，采用异步电路技术可以有效抵御时钟抖动，保证数据传输的准确性。
2.减少电路延迟：由于异步电路不需要等待整个时钟信号的到来，可以减少电路延迟时间，提高传输效率。
3.提高系统可靠性：异步电路技术能够更好地处理电路中可能发生的不同步问题，提高系统的可靠性，避免由于时钟同步引起的系统崩溃或故障。
4.提高电路复用性：异步电路技术可以使电路的复用性更强，可以在不同的模块中重复利用设计，节约时间和成本。
三、异步电路的主要设计技术1. 异步FIFO技术异步FIFO技术是指采用异步电路技术实现的FIFO缓冲区。
该技术能够有效地管理数据的读写过程，保证数据传输的正确性，并且支持多线程操作，提高了数据读写的效率。
异步FIFO技术在现代计算机领域的应用非常广泛，被广泛应用于高速处理器、网络通信等领域。
2. 异步RAM技术异步RAM技术是指采用异步电路技术实现的RAM随机存储器。
该技术在硬件领域中有着广泛的应用，可以有效地解决由于时钟同步引起的问题，提高了存储器的效率和可靠性。
异步RAM技术可以实现读写操作的独立控制，保证数据的正确性和一致性。
3. 异步控制器技术异步控制器技术是指采用异步电路技术实现的控制器。
该技术可以实现多个控制器之间的异步通信，避免由于时钟同步引起的通信问题，实现复杂系统中控制模块的实时控制和协调。
四、异步电路技术的应用1. 高速处理器高速处理器是现代电子设备中最常用的一种设备，采用异步电路技术可以有效提高处理器的速度和可靠性，并且避免由于时钟同步引起的各种问题。
异步时序逻辑电路的设计方法探讨
异步时序逻辑电路的设计方法探讨异步时序逻辑电路的设计是电子设计的关键技术之一。
该电路的特点是可以实现多种不同的应用，比如万能计数器、定时器、振荡器、寄存器和存储器等，这使得它在电子工程领域中发挥着重要作用。
它们包括给定振发器（RS）、设定时钟（CK）、暂态存储器（SR）等组件，并且能够实现自发控制、复杂的控制算法和数据的分类及处理，以及外部定时器、计数器等功能。
首先，要进行异步时序逻辑电路的设计，必须先了解它的分类。
通常情况下，它们包括触发型电路、自发型电路、循环电路、计数器型、存储器型等。
触发型电路又称单次触发型电路，是电路中最简单的一种，它可以根据外部输入信号自发地产生一个脉冲类型的输出信号，从而实现脉冲触发功能。
自发型电路是一种具有一系列自发的状态的时序电路，通常来自设定的种子信号或内部动态变化的状态，它能够根据输入信号实现自动控制。
循环电路是指通过循环操作实现周期性地反复操作一次或多次序列控制节点，使电路输出信号实现在规定的时间内产生各种不同的变化。
计数器型电路是一种重要的时序逻辑电路，它可以实现周期性的计数及回路控制，其操作也基本符合计数器原理。
存储器型电路则可以实现要求的信号的存储，在下一个操作的执行过程中可以进行信号的读取。
接下来，对于异步时序逻辑电路的设计，我们需要从资源的安排、功能的设计等几个方面入手，以达到想要的性能。
从资源的安排方面，可以通过设计出最小的集合，将有限的电路元件资源用得最优，以避免组件出现失效情况或过载情况。
同时，还需要考虑一些物理因素对电路的影响，比如数字信号路径的阻抗和滞后时间，以确保实现期望的功能性能。
功能上，异步时序逻辑电路设计需要明确目标，建立合理的功能拓扑结构和操作流程，具体的步骤比如：首先，要了解需求，根据应用确定操作的步骤和控制信号的类型；然后，针对每一个步骤，具体设计每一块模块和元件，以满足步骤要求；接着，考虑状态改变条件，然后设计输出和输入门电路，以确保电路运转正常；最后，要考虑最终的测试和评估，确保设计的电路符合规定的性能要求。
集成电路设计方案(二)
集成电路设计方案一、实施背景随着中国半导体产业的飞速发展，集成电路装备及关键零部件制造的重要性日益凸显。
然而，当前我国该领域面临着技术瓶颈、供应链瓶颈和产业结构不合理等问题。
为提升我国集成电路装备及关键零部件制造的竞争力，亟需推进产业结构改革，提升产业水平。
二、工作原理1.技术创新：加大研发投入，提升自主创新能力，突破关键技术，如精密制造、纳米加工等。
同时，鼓励企业与科研机构、高校合作，推动技术转移。
2.产业链整合：通过并购、合作等方式，完善产业链，实现从原材料、零部件到装备的垂直整合，提高整体效率。
3.人才培养：建立多层次的人才培养体系，培养一批高技能人才和领军人物。
4.政策引导：制定有利于产业发展的政策，如税收优惠、专项资金支持等，引导产业向高端化、智能化方向发展。
三、实施计划步骤1.制定产业发展规划：明确产业发展目标、重点领域和技术路线图。
2.技术研发与突破：设立专项基金，支持企业进行技术研发和创新。
3.产业链整合与优化：鼓励企业通过并购、合作等方式，实现产业链垂直整合。
4.人才培养与引进：建立多层次的人才培养体系，同时引进国际优秀人才，提升本土人才水平。
5.政策支持与引导：制定有利于产业发展的政策，引导产业健康发展。
四、适用范围此策略适用于中国集成电路装备及关键零部件制造产业，包括但不限于半导体材料、设备、零部件和组装企业。
五、创新要点1.技术创新：通过自主研发和技术转移，突破关键技术瓶颈，提高自主创新能力。
2.产业链整合：通过企业并购和合作，实现产业链垂直整合，提高整体效率。
3.人才培养：建立多层次的人才培养体系，培养一批高技能人才和领军人物。
4.政策引导：制定有利于产业发展的政策，引导产业向高端化、智能化方向发展。
六、预期效果1.技术水平提升：通过技术创新和研发投入，提高我国集成电路装备及关键零部件制造的技术水平。
2.产业效益提升：通过产业链整合和垂直整合，降低成本，提高整体效益。
3.人才培养效果：培养一批高技能人才和领军人物，为产业发展提供人才保障。
电脑芯片制造中的异步电路分析
电脑芯片制造中的异步电路分析在现代科技领域中，电脑芯片是无处不在的关键组件之一。
而作为电脑芯片制造过程中的一个重要组成部分，异步电路的设计和分析对于芯片的功能和性能有着举足轻重的影响。
本文将对电脑芯片制造中的异步电路进行详细分析。
一、异步电路的定义和作用异步电路是一种不依赖于时钟信号来控制数据传输的电路设计。
相较于同步电路，异步电路采用了更为灵活和高效的通信方式，能够在数据到达时立即进行处理，而无需等待时钟信号的触发。
这种通信方式在现代电脑芯片中具有重要意义，能够提高芯片的性能和效率。
二、异步电路的设计原则在进行异步电路的设计时，以下原则需被遵循，以确保电路的可靠性和正确性:1. 异步元件的应用：异步电路中应使用特定的异步元件，如数据锁存器和状态机等，以实现数据传输和控制信号的处理。
这些元件能够确保数据在不同的时刻被正确地传输和处理。
2. 可靠的同步机制：尽管异步电路不依赖于时钟信号，但在某些情况下需要使用同步机制以确保数据的一致性。
例如，在同时访问共享资源的情况下，需要使用互锁机制以避免数据竞争和冲突。
3. 优化电路延迟：电路延迟是指电路从输入到输出所需的时间。
在异步电路设计中，需要考虑如何优化电路延迟，以减少数据传输的时间，并提高电路的工作效率。
三、异步电路的分析方法异步电路的分析是确保其正确性和稳定性的关键环节。
以下是几种常见的异步电路分析方法：1. 时序图分析：通过绘制时序图，可以清晰地展示数据和控制信号的传输顺序和时间关系。
时序图能够帮助设计人员识别潜在的数据冲突和延迟问题，并优化电路的设计。
2. 状态机分析：状态机是异步电路中常用的建模工具。
通过对状态机的分析，可以深入了解电路的状态转换和数据传输过程，以及可能存在的问题。
状态机分析能够帮助设计人员找到错误和改进电路性能。
3. 逻辑分析：逻辑分析是对异步电路中逻辑关系的分析。
通过对电路中的逻辑门、开关和传输门的分析，可以了解数据和控制信号的流动路径。
异步集成电路设计方法分析
异步集成电路设计方法分析【摘要】与同步电路相比，异步电路模块性能比较好，能源消耗量不高，电磁兼容的能力比较强，不存在时钟偏移性，所以目前得到了社会各界的普遍重视。
在进行异步电路分析的时候，设计方法一直是关键的一环，本文对异步集成电路在驱动转换、同异转换、细粒度流水线等设计内容上进行了分析，并且研究探讨了该设计方法的未来走向。
【关键词】异步电路；设计方法；语法驱动转换；同步异步转换；细粒度异步流水线一.前言近年来，电路规模虽然得到了明显的增强，但是对于以往的同步电路来说，能源消耗和时钟偏位等现象也时有发生。
异步电路由于存在着能耗不高、电磁融合度好、模块效果显著、不会出现时钟偏位等问题，所以目前倍受社会各界和业界人士所关注。
而在以往对同步电路进行设计的时候，设计人员通常会依托时钟的全方位变化来削减或者隐匿电路设计中的复杂布局，使其在设计的时候有所简化，这就由此加快了智能化同步电路的应用速度。
但是对异步电路进行设计的时候，时钟并未进行全方位的掩藏，内部格局状态时常出现空间爆炸现象，所以在设计过程中往往要相对复杂一些。
科学合理的设计异步电路始终是关注和研讨的重要内容，至今已经超过了半个多世纪，并且逐渐探索推出了异步集成电路的诸多设计理念和技巧。
不过截止到现在，尚未研究出具有所有优点的异步集成电路系统。
设计人员通常要考虑各种情况的应用空间以及在设计上的总体要求，去选择更加合理的设计思路。
但是当前在设计方法的研究和分析上，仍然没有较为详实、系统地归类和比对理论，特别是在现今应用比较普遍的异步集成电路，在设计方法的分析上仍然少之又少。
因此，笔者试结合异步集成电路在驱动语法转换、同异转换以及粗细粒度转换等内容，针对设计方法以及技术上应当把握的一些关键点，进行分析和阐述。
二．设计异步集成电路的基本概述2．1异步集成电路设计基础概念一是电相握手。
同步电路在区分硬件构造逻辑的时候，往往需要借助于同步时钟，而为了确保异步电路的正常运行，就必须在尚未开始顺延时钟沿的时候即顺利的实现工作程序转换。
异步集成电路设计方法综述
异步集成电路设计方法综述一、绪论1.1 研究背景和意义1.2 研究现状和存在的问题1.3 论文主旨和研究思路二、异步电路基础2.1 异步电路及其概念2.2 异步电路设计的种类和原则2.3 异步电路的设计流程三、异步集成电路设计方法3.1 基于异步电路设计设计方法的分类3.2 异步FPGA的设计方法3.3 异步异步可编程逻辑门阵列（PAL）的设计方法 3.4 异步场可编程门阵列 (FPLA) 的设计方法四、异步集成电路设计中的关键技术4.1 异步时序的捕捉和比较技术4.2 异步电路的通讯和同步技术4.3 异步串行通信技术4.4 异步数码电路设计技术五、异步集成电路设计的应用和未来发展趋势5.1 异步电路的应用场景5.2 异步集成电路设计在智能硬件中的应用5.3 异步集成电路设计的未来发展趋势六、结论6.1 总结本文的研究内容和成果6.2 分析异步集成电路设计中主要的问题和挑战6.3 展望异步集成电路的未来发展方向和研究热点一、绪论1.1 研究背景和意义随着信息化时代的不断发展和深入，电子器件和电路设计的需求更加丰富。
异步集成电路作为一种新型的电路技术，在计算机科学、控制工程、通信等领域中得到了广泛的应用。
异步电路是一种无节拍控制器，不依赖外部时钟信号，而是依靠输入/output对数据的响应来完成输入输出的数据交流，同时也能避免基于同步电路的复杂时序问题，可以实现更高效、低功耗、低噪声和更可靠的电路设计。
异步集成电路具有以下优点：①稳定性高：异步电路设计不依赖于外部时钟；②功耗低:异步电路采用有节约资源的设计策略；③噪声低:异步电路没有时钟震荡、锁相循环等电磁干扰的问题；④可靠性高:异步电路能够在低压低功耗的情况下工作，从而实现系统性能的提高。
因为异步集成电路的优点，它在高集成度、低功耗应用或智能化系统中更有优势，例如数字信号处理(DSP)、嵌入式处理器、数模变换、模拟信号处理等。
1.2 研究现状和存在的问题异步电路设计现在已经被广泛研究。
集成电路设计方法
集成电路设计方法
小北今天在查看很多资料，总结了一些集成电路设计的方法：提供给大家一起阅读。
主要包含下面几点：
第一：设计集成电路时，充分理解硬件的的需求，画出单板的总体框架图。
如果比较复杂，我们分别画好电源流向图、时钟拓扑图、复位链路图、中断图等等一些接口图。
我们根据上面资料需要，选择好芯片，要充分利用芯片硬件资源，合理分配芯片的I/O口，提高产品的性价比。
第二：在原理图上电源的输出端附近标注该电路的电压值各电流值，方便PCB设计工程师走线与放置过孔数量。
根据集成电路要求选择适当的电源芯片，例如：电源噪音、纹波抑制、占用PCB 板面积、功率等因素。
第三：标注关键信号线，例如：差分90欧，差分100欧以及重要的同组数据线进行标示。
第四：同一个模块的电路，放置在同一页原理图上。
第五：对发热高的器件，热敏感器件，高度较高的器件进行注释。
以上是小北总结集成电路设计的方法。
异步时序逻辑电路设计法
基于时钟设计的异步时序逻辑电路设计法吕 虹 张海峰(安徽工程科技学院电子工程系 芜湖:241000)Ξ摘 要 基于时钟设计的异步时序逻辑电路设计法,根据电路状态转换规律,立足电路中各位触发器时钟设计,使电路完成所要求的逻辑功能,从而避免了求解电路状态方程、驱动方程。
关键词 异步时序电路 时钟信号 时钟函数D esign of A synchronous Sequen ti a l L og ic C ircu it Ba sedon D esign of Clock Signa lL U Hong(A nhui Institute of Science&T echno logy,W uhu241000,Ch ina)Abstract:T he article in troduces the design of asynch ronou s sequen tial logic circu it based on design of clock signal.A cco rding to the state tran siti on regu lati on of the circu it,it on ly design s the clock signal fo r each fli p2flop in the circu it and m akes it realizes the logic functi on dem anded.T h is m ethod avi ods look ing fo r the circu itπs state and excitati on functi on s.Keywords:asynch ronou s sequen tial logic circu it;clock signal;clock functi on0 引言异步时序电路设计,一般分为两步:第一步确定各位触发器时钟信号,第二步求电路状态方程、激励方程、输出方程。
异步集成电路设计方法综述
异步集成电路设计方法综述任洪广;石伟;王志英;苏博;王友瑞【期刊名称】《计算机辅助设计与图形学学报》【年(卷),期】2011(023)003【摘要】异步电路相对同步电路而言具有无时钟偏斜、模块化程度高、功耗低、电磁兼容性强等优势,越来越受到人们的广泛关注.异步电路设计方法是异步电路研究中的一个重点,文中将异步电路设计方法的发展历程划分为3个阶段,并着重对第3个阶段的设计方法进行了综述.根据设计方法的描述方式和设计粒度,首先将第3阶段进一步划分为语法驱动转换的设计方法、同步-异步转换的设计方法和基于定制的细粒度高性能异步流水线设计方法3类;然后从设计方法的理论基础、电路模型、设计自动化程度、电路性能等多个角度进行介绍并比较.最后对异步电路设计方法未来的发展趋势进行了展望.【总页数】10页(P543-552)【作者】任洪广;石伟;王志英;苏博;王友瑞【作者单位】国防科学技术大学计算机学院,长沙410073;国防科学技术大学计算机学院,长沙410073;国防科学技术大学计算机学院,长沙410073;国防科学技术大学计算机学院,长沙410073;国防科学技术大学计算机学院,长沙410073【正文语种】中文【中图分类】TP391.7【相关文献】1.中国集成电路知识产权联盟大会暨“中国集成电路知识产权高峰论坛2016”论坛综述 [J],2.让基金真正成为集成电路产业发展的助推剂-首届集成电路产业CEO联谊会综述[J], 韩继国3.超大规模集成电路系统设计方法综述 [J], 彭辉文;于新;王秀红4.基于Balsa的异步集成电路设计方法 [J], 孙智权5.交流异步变频机组复合绕组设计原理——(续交流异步变频机组设计综述) [J], 周启章因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
ic异步电路
ic异步电路IC异步电路是一种常见的数字电路设计技术，用于实现各种逻辑功能。
它的设计基于逻辑门电路和时钟信号，能够实现不同的功能，如计数器、寄存器、触发器等。
本文将介绍IC异步电路的原理、应用和设计要点。
一、IC异步电路的原理IC异步电路是基于逻辑门电路的设计，逻辑门电路是由晶体管组成的电子元件，能够对输入信号进行逻辑运算，并输出结果。
逻辑门电路包括与门、或门、非门等，通过它们的组合可以构建出各种逻辑功能。
IC异步电路的特点是没有时钟信号的控制，每个门电路的输出可以直接影响其他门电路的输入，因此它的输出信号可以立即反映输入信号的变化。
这种异步的特性使得IC异步电路在一些特定的应用中非常有用。
二、IC异步电路的应用IC异步电路广泛应用于数字电子设备中，如计算机、手机等。
它可以实现各种逻辑功能，如计数器、寄存器、触发器等。
以下是几个常见的应用：1. 计数器：IC异步电路可以实现简单的计数功能，通过逻辑门电路的组合，可以实现二进制计数、BCD码计数等不同的计数方式。
2. 寄存器：IC异步电路还可以用于数据的存储和传输。
通过逻辑门电路的组合，可以实现不同位数的寄存器，用于存储和传输二进制数据。
3. 触发器：IC异步电路中的D触发器是一种常见的存储元件，用于存储一个比特的数据。
它可以实现数据的暂存和传输，常用于时序电路设计中。
三、IC异步电路的设计要点在设计IC异步电路时，需要注意以下几个要点：1. 选择适当的逻辑门电路：根据设计需求选择适当的逻辑门电路，如与门、或门、非门等。
不同的逻辑门电路具有不同的功能，需要根据实际情况进行选择。
2. 合理布局电路：合理布局电路可以提高电路的性能和可靠性。
将输入端和输出端分开布局，避免信号干扰。
同时，还要考虑电路的供电和接地，保证电路的稳定工作。
3. 考虑时序关系：IC异步电路没有时钟信号的控制，因此需要考虑时序关系。
在设计时，要保证信号的传输满足时序要求，避免信号冲突和延迟。
异步DSP核心设计：更低功耗,更高性能(精)
异步DSP核心设计：更低功耗，更高性能目前，处理器性能的主要衡量指标是时钟频率。
绝大多数的集成电路(IC)设计都基于同步架构，而同步架构都采用全球一致的时钟。
这种架构非常普及，许多人认为它也是数字电路设计的唯一途径。
然而，有一种截然不同的设计技术即将走上前台：异步设计。
这一新技术的主要推动力来自硅技术的发展状况。
随着硅产品的结构缩小到90纳米以内，降低功耗就已成为首要事务。
异步设计具有功耗低、电路更可靠等优点，被看作是满足这一需要的途径。
异目前，处理器性能的主要衡量指标是时钟频率。
绝大多数的集成电路(IC)设计都基于同步架构，而同步架构都采用全球一致的时钟。
这种架构非常普及，许多人认为它也是数字电路设计的唯一途径。
然而，有一种截然不同的设计技术即将走上前台：异步设计。
这一新技术的主要推动力来自硅技术的发展状况。
随着硅产品的结构缩小到90纳米以内，降低功耗就已成为首要事务。
异步设计具有功耗低、电路更可靠等优点，被看作是满足这一需要的途径。
异步技术由于诸多原因曾经备受冷落，其中最重要的是缺乏标准化的工具流。
IC设计团队面临着巨大的压力，包括快速地交付设备，使用高级编程语言和标准的事件驱动架构(EDA)工具，帮助实施合成、定时和验证等任务。
如果异步设计可以使用此类工具，那么可以预计将会出现更多采用异步逻辑组件的设备。
在过去，小型异步电路仅用作同步电路的补充。
仅仅在最近，新发布的商用设备才主要基于异步设计。
但是此类设备主要针对小众市场，如要求超低功耗和稳定电流的嵌入式感应器。
我们正在见证一款完全基于异步逻辑的通用数字信号处理器(DSP)核心横空出世。
无论是IC设计人员还是最终用户，它带来的好处数不胜数。
同步与异步目前的数字设计事实上采用的是同步设计技术。
由于历史原因，这种方法得到了改良，设计工具也不断演化。
目前有一种标准流以高级语言为基础，可实现快速开发。
同步设计还可以轻松地扩展设备性能。
设计人员只须提高时钟频率，就能使设计变得更快。
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第23卷第3期2011年3月计算机辅助设计与图形学学报Jo ur nal of Co mputer A ided Design &Computer G raphics V ol.23N o.3M ar.2011收稿日期:2010-06-02;修回日期:2010-10-08.基金项目:国家自然科学基金(60873015,61070037).任洪广(1984 ),男,博士研究生,主要研究方向为异步集成电路设计、异步EDA 工具设计优化;石 伟(1982 ),男,博士,C CF 学生会员,主要研究方向为低功耗微处理器设计、异步电路设计;王志英(1956 ),男,博士,教授,博士生导师,CC F 高级会员,主要研究方向为高性能处理器体系结构、VL SI 设计、异步电路设计、可靠性安全;苏 博(1987 ),男,硕士研究生,主要研究方向为低功耗微处理器设计;王友瑞(1985 ),男,博士研究生,主要研究方向为异步微处理器设计.异步集成电路设计方法综述任洪广,石 伟,王志英,苏 博,王友瑞(国防科学技术大学计算机学院 长沙 410073)(ren@nu )摘要:异步电路相对同步电路而言具有无时钟偏斜、模块化程度高、功耗低、电磁兼容性强等优势,越来越受到人们的广泛关注.异步电路设计方法是异步电路研究中的一个重点,文中将异步电路设计方法的发展历程划分为3个阶段,并着重对第3个阶段的设计方法进行了综述.根据设计方法的描述方式和设计粒度,首先将第3阶段进一步划分为语法驱动转换的设计方法、同步 异步转换的设计方法和基于定制的细粒度高性能异步流水线设计方法3类;然后从设计方法的理论基础、电路模型、设计自动化程度、电路性能等多个角度进行介绍并比较.最后对异步电路设计方法未来的发展趋势进行了展望.关键词:异步电路;设计方法;语法驱动转换;同步 异步转换;细粒度异步流水线中图法分类号:T P391.7Methodology of Asynchronous Integrated Circuit Design a S urveyRen H ongg uang,Shi Wei,Wang Zhiying,Su Bo ,and Wang Yourui(S ch ool o f Comp uter S cie nce ,N ational Univ ersity o f De f e nse T ech nology ,Chang sh a 410073)Abstract :Asynchro nous cir cuits have draw n increasing attentions fr om not only researchers in universities but also designers in co rpo rations for their advantages in term s of no clo ck skew ,high modularity,low pow er and better EM I.Desig n metho ds are cr itical in the researches of asy nchr ono us circuits.In this paper,w e divide the histo ry of asy nchro no us circuit desig n into 3stag es,and in particular w e give a review o f the last stage.We classify the m ethods in the last stag e into 3classes by the specification sty le and the g ranularity of circuits:the sy ntax dr iv en method,the sy nchr ono us to asynchronous circuits co nv ersion method and the full custom based design method o f fine gr ain asynchronous pipelines.Desig n methods are then surv ey ed and com pared fro m several aspects.T ho se aspects include theory foundatio n,design sty le,desig n automation,and the efficiency of designed circuits.Finally,developing trends of asy nchronous circuit desig n methods are g iv en.Key words :asynchronous circuit;design metho d;syntax driven;synchro nous to asynchronous cir cuits conversio n;fine g rain asynchronous pipeline 随着电路规模的不断增大,同步电路中的功耗和时钟偏斜等问题日趋严重.与同步电路相比,异步电路具有无时钟偏移、模块化程度高、功耗低、电磁兼容性强等优势[1].设计同步电路时,人们借助全局时钟可以将电路复杂变化的中间状态隐藏起来,从而大大简化了电路的设计,这也是同步电路自动化设计工具得以迅速发展的一个重要原因.然而在设计异步电路时,由于没有全局时钟的屏蔽作用,导致其状态空间爆炸问题十分严重,使得异步电路设计要比同步电路复杂得多.异步电路设计方法一直是人们研究的重点,有关异步电路设计方法的研究可以追溯到20世纪50年代中期,在几十年的发展过程中出现了各种不同的异步集成电路设计方法.但实际上,到目前为止还没有一种异步电路设计方法可以保证能够设计出具备上述全部优势的异步电路.设计者往往需要针对不同的应用环境和设计需求采用相应的设计方法设计具有不同特征的异步电路[2],因此有必要对各种异步电路设计方法的特点进行分析比较.异步电路设计方法繁多,已有一些关于异步电路设计的综述类文章.文献[1]对20世纪90年代中期以前的异步电路设计方法进行了综述,它主要针对异步电路设计方法的电路模型进行分析;文献[3]对几款典型的异步微处理器进行了综述,主要侧重于异步电路的结构;文献[2]详细讲述了异步电路技术在高性能、低功耗以及高电磁兼容性等方面的应用;Am de等[4]论述了异步片上网络的设计方法,主要介绍了解同步设计方法以及同步 异步混合方式实现技术等;Soko lov等[5]从逻辑综合的角度将异步电路设计方法划分为语法驱动转换的综合方法和逻辑驱动的综合方法2类,并对基于Petri网的综合技术进行了详尽的介绍,同时给出了设计实例;Martin 等[6]介绍了异步技术在SoC中的应用,主要针对基于类CSP(com municating sequential processes)[7]语言的方法,尤其对M artin方法[8]进行了详细的介绍.但是目前尚未见到对各种设计方法进行系统全面地分类和比较的文献,尤其缺少对当前主流的异步电路设计方法的总结性分析研究.本文将整个异步电路设计方法的发展历程划分为3个阶段,并对3个阶段各种设计方法之间的发展关系进行了整理;然后着重对第3阶段,即近10年以来异步电路设计方法的发展进行了综述.进入21世纪以来,异步电路设计方法发展迅速,根据设计粒度由粗到细可以将主流设计方法分为语法驱动转换的异步电路设计方法、同步 异步转换的异步电路设计方法和基于定制的细粒度高性能异步流水线设计方法.本文将分别介绍这3类设计方法,并从电路模型、描述方法、设计粒度、设计自动化程度、电路性能、功耗、面积开销、电磁兼容性以及对设计者要求等方面对它们进行了详细的分析和比较.1 异步电路设计基础1.1 握手协议同步电路利用同步时钟来对硬件组合逻辑进行划分,每个划分中的组合逻辑只需要在下一时钟沿到来之前完成相应的操作就可以保证整个电路正确地工作.异步电路没有全局时钟,不同模块之间采用握手电路来进行交互.握手协议定义异步模块在通信时请求和应答信号的时序,它主要包括两相握手协议和四相握手协议[9].两相握手协议是基于事件的,数据有效和数据应答都是通过信号的上升沿或者下降沿来表示.四相握手协议是基于电平的,无论是请求应答信号还是数据信号都需要归零,数据有效和数据应答信号的上升沿表示有效动作,下降沿表示归零动作.1.2 编码方式在异步电路中数据编码方式可以有多种[10],主要可以分为绑定数据方式和延迟无关方式,为了便于编解码和数据的拆分,常用的延迟无关编码方式是双轨编码方式.在绑定数据方式中,发送方通过Req信号表示数据的有效,接收方通过A ck信号表示数据已经正确采样.在双轨编码方式中,1位数据使用2位数据线{d.t,d.f}进行传输,其中00表示无数据,01表示有数据请求且数据为0,10表示有数据请求且数据为1,11为非法状态.双轨编码协议和完成检测电路[11]可以配合使用,并自动生成表示数据有效的R eq信号.1.3 延迟模型根据对门延迟和线延迟的不同假设,异步电路可以分为延迟无关(delay insensitive,DI)电路、准延迟无关(quasi delay insensitive,QDI)电路、速度无关(speed independent,SI)电路和有限延迟(bundled delay,BD)电路[11],如表1所示.表1 异步电路模型分类电路模型门延迟模型线延迟模型DI任意延迟任意延迟QDI任意延迟任意延迟+等延迟分叉线约束SI任意延迟延迟为0BD有限延迟有限延迟按照DI QDI SI BD的顺序,延迟模型对电路延迟的假设约束是逐渐加强的.DI电路对电路延迟没有任何假设,即门延迟和线延迟都可以是任意544计算机辅助设计与图形学学报 第23卷的,但是真正意义上的延迟无关电路是非常少的,且应用也很有限[12].QDI电路假设门延迟和线延迟也可以是任意的,但是电路在遇到分支时信号到达分支端点的时间必须是等时的,即必须满足等时分叉线原则[8].SI电路假设门延迟可以是任意的,但是线延迟为0或者可以忽略.在以前工艺水平相对落后的时期这种假设是成立的,但是随着工艺水平的不断进步,线延迟所带来的影响已不容忽视.BD电路一般假设一段组合逻辑的延迟的最大值要小于匹配延迟[9],这样才能保证异步电路功能的正确.事实上,同步电路是对电路延迟要求最严格的电路模型,它是在几乎已知电路延迟的情况下对电路进行设计的.2 异步电路设计方法发展历程异步电路设计方法是集成电路研究中的一个重要分支,其发展过程可以大致分为如表2所示的3个阶段.第一阶段为从20世纪50年代中期到20世纪80年代初期,这个阶段是异步电路设计方法发展的初期.H uffman,M uller,Unger以及M cCluskey等的研究[13]奠定了异步电路设计方法的理论基础,其中有关异步有限状态机的研究对之后的异步电路设计方法的发展具有深远的影响.这一时期的异步电路设计方法的研究还不成熟,设计出的异步电路具有很大的局限性而且性能也比较低[14].表2 异步电路设计方法发展历程及分类阶段异步电路设计方法研究内容电路模型第一阶段1950年 1980年异步电路设计方法的理论基础DI第二阶段1980年 2000年基于转换的方法微流水线基于猝发模式异步有限状态机方法基于ST G图的方法DI,S IBDQDISI,BD第三阶段2000年 现在语法驱动转换的方法同步 异步转换方法基于定制的细粒度高性能异步流水线设计方法QDI,BDQDI,BDBD第2阶段为从20世纪80年代初期到20世纪末,这一时期的异步电路设计方法有了较快发展,主要的设计方法包括基于转换的方法和基于控制通路数据通路划分的方法2类.1)基于转换的方法[8,15]首先采用类CSP语言对异步电路进行描述,然后对该描述进行化简及转化,将高层描述翻译成为产生式规则集,最后再将其直接映射成门级网表.基于转换的方法可以在高层对异步电路进行描述,该方法比较直接,不需要对控制通路和数据通路进行划分;但是该方法要求设计人员对异步电路具有很深的理解,同时整个设计过程涉及到复杂的人工化简和优化工作.2)基于控制通路数据通路划分的方法将电路设计中控制通路和数据通路进行显式的分离,然后分别用不同的工具和流程对其进行设计,最后将设计好的控制通路和数据通路连接在一起构成整个异步电路.基于控制通路数据通路划分的方法主要包括:微流水线结构设计方法[16]、基于STG(signal transition g raph)的设计的方法和基于猝发模式(burst mode)异步有限状态机的方法.微流水线结构是最早提出采用局部握手电路代替全局时钟的方法,它本质上是一种基于事件驱动逻辑的异步流水线.微流水线中的关键单元是C门和Capture Pass锁存器[17],控制通路由带反向输入的C门和用来匹配组合逻辑延迟的延迟匹配单元组成;数据通路是由Captur e Pass锁存器和组合逻辑构成的多段流水线.基于ST G的方法[18]将异步控制电路的行为形式化为多个布尔信号值的变化,通过定义状态跃迁的先后顺序和因果关系将状态连接成为STG,再利用综合工具对STG进行综合产生异步控制电路.基于猝发模式[19 20]的异步有限状态机方法与之前研究的异步有限状态机不同之处在于,异步有限状态机是基于基本模式[11]的,而基于猝发模式的异步有限状态机则是基于多输入变化的有限状态机.与同步电路中的Mealy机类似,研究人员通过各种方法[21 22]对电路的行为状态进行形式化定义并化简得到异步控制电路.采用图形化描述或者状态机表示的方法对电路行为进行描述时,设计仅限于小规模的异步电路;当电路规模较大时,由于存在严重的组合爆炸问题,其设计复杂度将是难以接受的.因此,这一时期的异步电路设计方法设计出的异步电路往往规模都比较小.此外,这一时期设计方法的自动化程度也不高,往往需要进行大量的手工优化工作[23].第3阶段为从21世纪初到现在,异步电路设计方法在这一时期取得了长足发展,其自动化程度不断提高,设计规模也越来越大,并且在高性能领域也开始崭露头角.目前,主流的异步电路设计方法可根据描述方式和设计粒度大致分为3类:语法驱动转换的设计方法、同步 异步转换的设计方法和基于定制的细粒度高性能流水线异步电路设计方法.语法驱动545第3期任洪广,等:异步集成电路设计方法综述转换的设计方法在原有的基于转换的方法基础上开发异步电路高级硬件描述语言(hardw are descriptio n lang uage,H DL),采用编译技术将高级语言描述翻译成为由握手部件[24]构成的中间描述,然后采用直接映射的方法将中间描述映射成为异步电路门级网表,最后采用成熟的同步后端设计流程进行物理设计.同步 异步转换的设计方法是指在现有的同步电路描述基础上将同步电路中的全局时钟替换为异步局部握手电路,从而达到同步电路异步化的目的.为了提高异步电路的计算性能,异步电路设计者会采用定制的方式来设计细粒度的高性能异步流水线,因此产生了一系列基于定制的高性能异步电路.以上各个阶段的异步电路设计方法发展并不是孤立的.图1给出了这3个阶段异步电路设计方法的演化过程.第1阶段的研究为后面2个阶段的发展奠定了理论基础,而第3阶段中语法驱动转换的设计方法是对第2阶段基于转换的方法的进一步发展.同步 异步转换方法中的一些设计方法则是采用了第2阶段控制通路数据通路划分的思想,尤其是在设计控制通路时往往利用第2阶段的小规模异步电路综合工具进行设计.基于定制的细粒度高性能异步流水线设计方法是在微流水线的基于事件驱动的思想基础上,采用定制方式实现的一类高性能异步电路设计方法.图1 异步电路设计方法演化过程3 语法驱动转换的设计方法语法驱动的转换是指由编译器直接将异步高级硬件语言描述编译成为握手部件网络的过程.编译器将高级描述中的特征信息转换为握手部件,同时将高级描述中的语法结构映射为握手部件之间的连接关系[25].语法驱动转换的设计方法首先由Philips 公司在开发Tang ram 工具[26]时采用,之后,曼彻斯特大学APT 小组开发的Balsa 工具[27 28]在T ang ram 基础上对描述能力进行了进一步的增强,它基于QDI 电路模型,可以实现多种数据编码方式和握手协议[28].目前,语法驱动转换的前端开发工具还有H aste [24,29],ACK [30],TAST [15]等,该类方法的设计流程基本相同,如图2所示.首先采用类CSP 异步电路硬件描述语言对异步电路进行功能描述,然后编译器将该描述翻译成由握手部件连接而成的握手部件网络,并将握手部件直接映射成为门级网表,最后采用商用EDA 工具进行布局布线.该设计方法的高层描述向底层硬件的转换过程是透明的,即由高层描述的细小改变导致底层硬件电路的相应变化是可预见的.由于语法驱动转换的异步电路设计方法有高层硬件描述机制和自动编译工具的支持,因此该方法可以用于构建大规模的异步电路系统.图2 语法驱动转换的设计流程3.1 前端编译前端编译过程是指由异步高级硬件语言描述到握手部件网络的编译过程,在这一过程中握手部件是实现语法驱动转换的设计方法的关键.握手部件将一定的电路功能进行封装,编译器将整个电路的功能分解到各个握手部件中,然后将这些握手部件组织成网络结构,实现了一种模块化的电路构成思546计算机辅助设计与图形学学报 第23卷想.握手部件一般分为控制部件、数据存储部件和数据处理部件3类.其中,控制部件负责对电路行为的执行方式和执行次序进行控制,包括并行控制部件、串行控制部件以及分支控制部件等;数据存储部件主要负责与数据读写相关的操作,包括变量部件等;数据处理部件主要负责数据的传送和运算,包括取数据部件、数据操作部件等.语法驱动转换的设计工具都需要有一个握手部件库的支持,该握手部件库可以进行定制实现.在实现新的功能或者要对电路性能进行优化时,可以在握手部件库中增加新的握手部件或者优化已有握手部件的结构[31].握手部件库的设计一般须满足完备性、最小化性、可配置性和可综合性4个原则.完备性是指握手部件库在功能上要覆盖高级语言描述的所有功能;最小化性一般是指握手部件库中不应有冗余部件;可配置性是指握手部件是可以根据程序输入进行配置的,如并行控制的度数及数据的宽度等;可综合性是指握手部件作为中间表示形式必须具备相应的门级实现支持,为后面的电路映射提供保证.由于语法驱动转换的方法是采用直接映射机制来实现中间表示到门级网表的转换,因此可综合属性就显得尤为重要.3.2 后端映射语法驱动转换方法的后端映射过程指的是由握手部件网络到门级网表的实现过程,这一过程一般采用直接映射的机制来实现.后端映射工具根据前端编译生成的握手部件网络的握手部件连接关系、握手协议设置以及参数设置等信息对握手部件进行电路实现.3.3 小 结语法驱动转换的设计方法采用握手部件作为中间表示形式,实现了模块化的电路构成思想.各种握手部件连接在一起实现整个电路的功能,不仅可以保证电路的鲁棒性,而且也简化了电路综合的复杂度.自动化的翻译过程和映射机制也降低了异步电路设计和验证的难度.然而,由于这种设计方法是对异步高级硬件语言描述进行语法分析后直接翻译成电路的,未进行全局空间优化,所以采用其产生的异步电路往往性能不高.另外,语法驱动转换的设计方法往往采用控制驱动的电路结构,复杂的控制树结构导致信号的严重串行化,影响了电路的性能.目前,针对语法驱动转换的设计方法存在的电路性能问题主要有2类解决办法:一类是采用高层描述优化的方法[32 33],另一类则是采用数据驱动电路[31]以解决原有电路中控制负载过大的问题.4 同步 异步转换设计方法同步 异步转换设计方法从已有的同步电路描述着手,将其全局时钟网络替换为本地握手电路,然后使用与同步电路设计相同的EDA 工具和流程来实现相应的异步电路.同步 异步转换的设计方法根据实现方式可以分为2类:一类是基于延迟匹配方式实现的设计方法,如DLA P(do ubly latched asy nchronous pipeline)电路[34]、解同步设计方法[35]及本课题组提出的基于宏单元的异步设计流程[36];另一类是基于QDI 方式实现的设计方法,如NCL(null convention log ic)电路[37]和相位逻辑(phased logic,PL)[38]等.4.1 基于延迟匹配的同步 异步转换方法基于延迟匹配方式实现的同步 异步转换的设计方法首先对同步设计的控制通路和数据通路进行划分,并分别进行设计.该方法基于电路BD 模型的假设,在设计控制通路时采用延迟匹配方式来实现控制通路与数据通路的整合,其基本流程如图3所示.图3 基于延迟匹配方式实现的同步 异步转换流程在进行控制通路和数据通路划分以后,数据通路的设计一般采用传统的同步综合技术实现,而控制通路一般采用异步逻辑综合技术或直接映射[39]的方式实现.在进行控制通路和数据通路合并之前,要在控制通路中插入延迟部件来匹配数据通路中组合逻辑的关键路径延迟,以保证电路功能的正确性.最后的后端设计过程可以采用传统的同步后端工具进行设计.基于延迟匹配方式实现的同步 异步转换的设计方法主要包括DLAP 、解同步设计方法以及基于宏单元异步设计流程等,其中解同步设计方法547第3期任洪广,等:异步集成电路设计方法综述是对DA LP 设计方法的一种扩展[35],而基于宏单元的设计流程进一步简化了解同步设计方法.解同步电路[35]采用控制通路数据通路划分的思想:设计控制通路时,利用局部控制信号替代全局时钟信号,局部控制信号由局部控制部件产生;数据通路部分则是将同步电路中的触发器替换为主从锁存器后生成的新的数据通路.一般而言,它采用同步工具对电路的数据通路部分进行设计,采用异步电路技术对电路的控制通路进行设计.在解同步设计过程中,用于控制主从锁存器的控制模块是设计控制通路的关键.在实现该模块时可以选择多种实现方式,包括简单四相握手协议、半解耦四相握手协议和全解耦四相握手协议等[40].在进行设计时,首先对握手协议的信号状态变化进行STG 描述,然后使用Petrify 工具[18]对STG 进行综合,实现相应的电路.基于宏单元的异步电路设计流程是由本课题组提出的一种更为简化的异步电路设计流程[36],该方法也是采用控制通路数据通路划分的思想,通过与现有的同步EDA 设计工具进行整合,并采用设计人员熟悉的语言与工具,支持工艺厂商提供的标准单元库,大大缩短了开发周期,提高了设计效率.基于延迟匹配的同步 异步转换的设计方法产生的电路与原有的同步电路具有相当的面积和性能,同时它具有明显的功耗优势;它不要求设计者对异步电路知识掌握太多,简化了异步电路设计的难度.然而,基于延迟匹配方式实现的异步电路往往对延迟变化比较敏感,使其对工艺变化和外部环境变化的鲁棒性较差.4.2 基于QDI 的同步 异步转换设计方法基于QDI 方式实现的同步 异步转换方法在同步设计基础上,利用特殊异步工艺库的支持或者采用门替换策略来实现由同步电路到Q DI 异步电路的转换,其延迟无关性主要体现在设计过程中采用QDI 数据编码.此外,该方法采用完成检测电路来对数据的有效性进行检测,而不用进行延迟匹配.基于QDI 实现方式的同步 异步转换设计方法主要包括NCL 电路设计方法[37]和PL 电路设计方法等.NCL 电路是由T heseus Log ic 公司提出的,它使用传统集成电路设计流程设计QDI 异步电路.该电路中组合逻辑部分和时序逻辑部分是显式分离的,这和同步电路十分类似.正是由于NCL 电路具有这样的性质,因此可以用同步设计工具对其进行RT L 设计.NCL 电路设计流程如图4所示,首先对该电路的RTL 描述进行逻辑综合,综合工具采用Synopsy s 公司的Gtech 库,得到NCL 等价的Gtech 网表;然后采用NCL 阈值逻辑门库及DIMS(dalay insensitiv e minterm sy nthesis)技术[41]对Gtech 网表进行综合,产生双轨延迟无关的NCL 门级网表;最后采用传统的后端工具对门级网表进行布局布线,得到电路的版图实现.这种由RT L 描述直接向QDI 电路转换的特性使得NCL 异步电路设计较为简单,然而N CL 电路的双轨编码特性也使得其面积开销比同步设计要大很多.图4 N CL 电路设计流程为了实现从同步电路向异步电路更为直接地转换,Linder 等提出了PL 电路[38].PL 是一种使用信号和门的相位来描述电路行为的异步电路形式,该设计方法通过将同步门级网表中的每一个逻辑门替换为一个等效的PL 异步电路模块,得到相应的异步电路结构.PL 采用控制网络替换了同步电路中的时钟网络,而原有的数据通路计算逻辑仍然保留.PL 电路由PL 门、数据信号和反馈信号构成,它采用LEDR (lev el encoded dual r ail)编码[42],每个LEDR 信号包括数值(V)和时序(T)2条线,相位取决于双轨信号的奇偶.PL 门同样也有相位,当PL 门的所有输入相位都与PL 门内部的相位相同时,则PL 门开始运算;当该门运算结束后,门的内部状态和输出状态取反.采用门替换实现的PL 电路在实现同步电路异步化的同时,很好地保持了原有同步电路的结构和行为.然而,由于PL 电路要为每一个逻辑门引入庞大的PL 控制电路,导致PL 电路的面积和功耗开销都十分巨大,而且由于PL 电路的控制电路分散在每个PL 逻辑门中,使得对PL 电路进行全局优化较为困难.文献[43]提出一种粗粒度的PL 设计方法,可以在一定程度上降低PL 电路的开销.548计算机辅助设计与图形学学报 第23卷。