一种异步结构的数据流处理器设计

发布时间：2020-06-09 04:14

【摘要】：随着芯片集成度的和工作负载的提高,电路设计中对于速度和功耗的要求越来越严格,而基于全局时钟的同步电路设计方法由于其时钟先天性的缺陷面临越来越大的挑战。与此同时,异步电路设计具有低功耗,高性能的一系列优势,使其成为研究关注的重点。 本文以数据流处理器为研究对象,研究了异步电路的设计方法。并通过异步映射的方式,分离出系统中的数据通路和控制通路,将各结构单元进行异步电路的替换;通过控制结构的替换,采用握手协议取代同步全局时钟,并保留流水线的功能,设计了异步流水结构的数据流处理器结构,并达到了降低功耗的主要研究目的。在此设计思路的基础上,本文主要的创新和贡献之处在于: 1.本文总结了异步映射的异步流水线设计方法。 2.在异步映射设计方法的基础上,本文提出了改进型自控式单元,应用于数据流处理器异步映射的实现,并用该结构完成了异步控制结构的功能和4相握手协议的实现。 3.基于数据流处理器自身的结构特点,本文提出了2级循环分支合并的异步流水结构,将改进型自控式单元应用于各结构模块,完成了异步数据流处理器系统的实现。
【图文】：

HDL综合报告Fig.2-2HDLsynthesisreport

控式单元的4级线性流水线模型[6]如图3-3所示。此结构除了参考异步电路握手通信协议外，还可以在有效数据未准备就绪的情况下，将流水线的一级或多级关闭。此项特性应用在复杂流水线设计中，ack信号与使能信号进行逻辑与、或操作，可以组合出控制各个不同流水级不同工作状态的控制信号。另外需要注意的是，为了满足基于锁存器的工作模式，相邻级别的初始控制信号必须相反，，以确保初始化工作后的震荡模式正确。图 3-3 基于自控式单元的 4 级流水结构Fig. 3-3 the structure of 4 stage pipeline with self-controlled cell[6]3.5 复杂流水线基本控制单元分类一般流水线可分为控制逻辑和数据单元。控制逻辑负责对指令和流水线的状态进行调度和调节；数据单元负责各流水级上的数据处理的完成。控制逻辑体现流水线的复杂度，而数据单元反映流水线的运算能力。而复杂流水线的复杂度主要就是体现在控制逻辑上。复杂流水线的控制逻辑一般会包含以下基本结构单元[34](1) 合并结构（JOIN）：为多对一的结构形式，对应分支结构，不需要选择信号。等待所有输入数据有效时将其合并到单一输出上。该结构也常用于并行流水线的：
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP332

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本文编号：2704146