異步集成電路設(shè)計技術(shù)及單元電路設(shè)計研究的綜述報告

異步集成電路設(shè)計技術(shù)及單元電路設(shè)計研究的綜述報告異步集成電路（AsynchronousCircuits）是一種電子電路，它不需要時鐘信號來進(jìn)行同步，而是通過信號的狀態(tài)改變來完成操作。異步集成電路具有許多優(yōu)點，如低功耗，高可靠性，可快速應(yīng)對外部事件等等。隨著ASIC和FPGA技術(shù)的日益成熟，異步集成電路設(shè)計技術(shù)的發(fā)展也越來越成熟，在高性能計算、通信、圖像處理、數(shù)字信號處理等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。異步集成電路有著不同于同步電路的設(shè)計方法和電路結(jié)構(gòu)，其中包括加減器、乘法器、存儲器、中斷控制器等單元電路的設(shè)計。本文將重點從異步集成電路設(shè)計技術(shù)和異步單元電路設(shè)計兩個方面進(jìn)行綜述。1.異步集成電路設(shè)計技術(shù)異步集成電路設(shè)計技術(shù)主要包括電路實現(xiàn)和電路優(yōu)化兩個部分。1.1電路實現(xiàn)電路實現(xiàn)是指將異步電路的邏輯功能和特定約束轉(zhuǎn)化為物理電路的過程。異步電路的實現(xiàn)通常包括門級電路、傳輸門級電路、流水線電路、層級電路和布爾原件級電路等實現(xiàn)方式。其中，門級電路是實現(xiàn)異步電路最簡單的方式之一，可以直接使用邏輯門和在數(shù)據(jù)通路上的同步有序器件。流水線電路的設(shè)計方式則是將邏輯功能分解成有序的階段，階段之間的傳輸采用不同的信號來判斷。層級電路使用層次結(jié)構(gòu)來進(jìn)行復(fù)雜異步電路的設(shè)計，將異步電路分解成一系列的層級，每個層級將異步邏輯分塊并用同步電路來控制不同的層級。1.2電路優(yōu)化在電路實現(xiàn)后，需要進(jìn)行電路優(yōu)化，以確保電路的高效性、高可靠性和高性能。常見的電路優(yōu)化技術(shù)包括布局優(yōu)化、配線優(yōu)化和功耗優(yōu)化等。布局優(yōu)化是指通過調(diào)整電路中的元件位置來滿足盡量少的連接，從而降低設(shè)計成本。配線優(yōu)化則是調(diào)整元件之間的連接方式，以保證電路的高速操作和低功耗。功耗優(yōu)化是通過調(diào)整操作序列和邏輯電路的邏輯功能來減少功耗。這些優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來，能夠解決異步電路設(shè)計中遇到的問題，獲得更好的性能和可靠性。2.異步單元電路設(shè)計異步單元電路的設(shè)計也是異步集成電路中重要的一部分，下面介紹幾種常見的異步單元電路設(shè)計。2.1加法器異步加法器是異步單元電路中一個重要的部分，可以完成兩個二進(jìn)制數(shù)的加法運算。異步加法器所采用的時序控制方式有許多種，其中常見的是互鎖和互斥控制方式。互鎖控制方式采用同步器件對輸入信號進(jìn)行控制，實現(xiàn)異步加法器的運算。互斥控制方式則是采用異步邏輯元件進(jìn)行控制，防止加法器的過度運算。根據(jù)上述控制方式，設(shè)計的異步加法器可以實現(xiàn)實時錄波，消費金融，數(shù)據(jù)交換等領(lǐng)域的應(yīng)用。2.2乘法器異步乘法器可以將兩個二進(jìn)制數(shù)相乘，輸出一個二進(jìn)制數(shù)的乘積。異步乘法器的設(shè)計方式各不相同，常見的設(shè)計方式有Booth序列乘法器、Baugh-Wooley乘法器、Wallace樹乘法器等。其中，Booth序列乘法器采用Booth編碼將兩個二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為更短的序列，然后通過互鎖控制方式，通過異步邏輯元件進(jìn)行控制，在更少的處理時間內(nèi)完成相乘操作。Wallace樹乘法器則采用樹形結(jié)構(gòu)相乘，通過異步邏輯門來完成乘法操作。2.3存儲器異步存儲器可以對信息進(jìn)行讀寫，常用的存儲器有隨機(jī)存儲器（SRAM）、只讀存儲器（ROM）和閃存存儲器等。異步存儲器的設(shè)計需要考慮電容分配、讀寫時序、穩(wěn)態(tài)恢復(fù)等因素，可采用雙字節(jié)交替寫入，技術(shù)共享等方式，以提高讀寫效率和存儲安全性。2.4中斷控制器異步中斷控制器可以對系統(tǒng)中各個設(shè)備之間的中斷進(jìn)行處理和分配，可以實現(xiàn)并行處理的需求。異步中斷控制器無需時鐘同步，可以塑造不同類型設(shè)備之間的相互作用模式，改善系統(tǒng)性能，提高可靠性。綜上所述，異步集成電路的發(fā)展成熟不僅可以滿