Principles of Asynchronous Circuit Design




НазваниеPrinciples of Asynchronous Circuit Design
страница4/64
Дата публикации14.05.2014
Размер3.5 Mb.
ТипРеферат
literature-edu.ru > Авто-ремонт > Реферат
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   64

.1.4План части I


В главе 2 представлены фундаментальные концепции и схемы, необходимые для понимания следующего материала.

В главах 3 и 4 рассматриваtтся асихроннjt проектирование на уровне потока данных: в главе 3 посвящена работе конвейеров и колец, включая набор компонентов квитирования и принципам проектирования больших вычислительных структур, а глава 4 качественным и количесвенным анализу производительности и оптимизации структур.

В главе 5 представлена реализация компонентов квитирования показанных в главе 3, а в главе 6 проектирование безопасных последовательных схем. Последняя влючает основное введение и всесторонне описание методов проектирования speed-independent схем по описаниям графов переходов. Эти методы показаны на примере управляющих схем в реализациях компонетов квитирования из главы 3.

Все из вышеперечисленных глав 2-6 поясняют базовые методы. Посление 2 главы значительно короче. Глава 7 представляет более расширенно тему реализации схем при помощи 4-фазного протокола со связными данными, а глава 8 – языки описания аппаратуры и инструменты синтеза для асинхронного проектирования. Глава 8 фокусируется на CSP-подобных языках и синтакс-зависимой компиляции, но так же описывает способы проектирования асинхронных схем в стндартах языка VHDL.

Chapter 2Основные понятия


Эта глава содержит темы и определения понятий, необходимых для понимания последующих глав и для понимания схожести разничных методов проектирования асинхронных схем. Мательиал главы предстваляет информацию интуитивно понятную читателю.

.2.1Протоколы квитирования


В предыдущей главе был упомянут один из протоколов квитирования так же известный как протокол квитирования с фозвращением к 0 (R2Z, return-to-zero), Рисунок Figure 1 .1 (c). В сообществе асинхронного дизайна он имеет более информативное обозначение: 4-фазный протокол со связными данными.

.2.1.1Протоколы со связными данными


Понятие «связные данные» (bundled-data) применяется к ситуации когда сигналы данных используют нормальные Булевы уровни сигналов для представления информации, и присутсвуют раздельные линии запроса (request) и подстверждения (acknowledge), привязанные к сигналам данных, Рисунок Figure 2 .2 (a). В 4-фазном протоколе изображенном на рисунке Figure 2 .2 (b) линии request и acknowledge так же используют Булевы уровни для представления информации, а термин 4-фазный применяется к последовательности действий: (1) отправитель выставляет данные и устанавливает сигнал request, (2) приемник принимает данные и выставляет сигнал acknowledge, (3) отправитель отвечает снятием сигнала request (в этом момент данные на его выходе могут быть недействительны) и (4) приемник подтверждает завершение операции снятием сигнала acknowledge. At this point the sender may initiate the next communication cycle,

4-фазный протокол со связными данными знаком большинству разработчкиов, но у него есть недостаток в виде избыточности переключения для возврата к 0 return-to-zero, что требует времени и дополнительной энергии. 2-фазный протокол со связными данными изображен на рисунке Figure 2 .2 (c) лишен этого. Информация на линиях request и acknowledge теперь использует переходы сигналов 01 и 10, и любой из них представляет «событие». В идеале 2-фазный протокол должен быть значительно быстрее чем 4-х фазный, но зачастую реализация схем реагирующих на события сложнее и в итоге нет однозначного ответа на вопрос какой из протоколов лучше.


(a) Bundled data (push) channel



(b) 4-phase protocol (c) 2-phase protocol

Figure 2.2 (a) A bundled-data channel (b) A 4-phase bundled-data protocol, (c) A 2-phase bundled-data protocol.

С этого момента обсуждения необходимо ввести некоторые опреденения. Вместо термина связные данные (bundled-data) используемого в тексте, некоторые тексты используют термин однопроводной протокол (single-rail). Термин 'bundled-data' отображает временную взаимосвязь между данными и сигналами квитирования, в то время как термин 'single-rail' скорее отображает использование одного провода для представления одного бита данных. Также термин single-rail может быть обоснованно использован для представления dual-rail данных обсуждаемого далее. Вместо термина 4-phase квитирование (или сигнализация) некоторые тексты используют термин return-to-zero (RTZ) сигнализация или согнализация по уровню, а вместо термина 2-фазное квитирование (или сигнализация) эти тек5сты оперируют понятием non-return-to-zero (NRZ) сигнализация или сигнализация по переходу. К примеру, протокол return-to-zero single-rail то же самое что и 4-фазный протокол со связными данными.

Все протоколы представленные ранее предполагают что отправитель активный участник который инициирует транзакции через канал сообщения. Такой тип взаимодействия так же известен как «push channel». И наоборот, когда приемник запрашивает новые данные, часто используется понятие pull channel. В этом случае направление сигналов request и acknowledge обратное, и достоверность данных отображается сигналом acknowledge выставляемым передатчиком. В абстрактном представлении схем каналы будут отображатся еидственной связью, а активная сторона будет обозначаться точкой, как показано на рисунке Figure 2 .2 (a).

Для завершения картины упомянем еще несколько разновидностей: (1) канал без данных, который может быть использован для синхронизации (2) канал данные передаются в обоих направлениях и где req и ack отображают достоверность данных участвующих в обмене. Последний может быть использован для взаимодействия с read-only memory: адрес м/б связан с req, а данные с ack. Этот вариант будет рассмотрен позднее в разделе 7.1.1. В дальнейшем мы ограничимся в обсуждении только push channel.

Все протоколы со связными данными основаны на предположении о задержках, что порядок событий отправителя повторяется на входе получателя. В push channel данные должны быть достоверны до установления сигнала request, формально выражаясь Valid(Data) < Req. Этот же порядок должен быть и на приемной стороне, и таким образом необходимо внимание при практической реализации подобных схем. Вот возможные варианты решения:

  1. Контролировать размещение и трассировку проводников, возможно трассировать все сигналы в канале как связные. Эта техника обычна для tile-based datapath structure.

  2. Иметь безопасные границы для девиации сигналов на приемной стороне.

  3. Взавлять и/или изменять буферы после размещения на кристалле (как это делается в большинстве современных CAD инструментах).

Альтернатива – использование более сложных протоколов – устойчивых к задержкам на проводниках. В следующих разделах будут представленные некоторые из них.

.2.1.24-фазный двухпроводный протокол


В 4-фазном протоколе со связными данными сигнал request замешивается в сигнал данных использованием 2х проводов на 1 бит информации, Рисунок Figure 2 .3. Таким образом это 4-фазный протокол использующий 2 линии request на один бит онформации d: одна линия d.t используется для отображения логической 1 (или true), а другая d.f для отображения логичсекого 0 (или false). При рассмотрении 1-битного канала видно последовательность 4-фазных процедер квитирвоания, где участвующий сигнал «запроса» в любом цикле квитиварония может быть d.t или d.f. Этот протокол очень устойчив; два устройства могут взаимодейсвтовать независимо от присутсявующих в схеме задержек – и такой протокол нечувствителен к задержкам (delay-insensitive).




d.t

d.f

Empty ("E")

0

0

Valid "0"

0

1

Valid "1"

1

0

Not used

1

1




4-phase dual-rail (push) channel



Figure 2.3 A delay-insensitive channel using the 4-phase dual-tail protocol.

Пара линий {x.f, x.t} рассматриваемая вместе есть кодовое слово; {x.f, xt} = {1, 0} и {x.f, x.t} = {0, 1} представляют «достоверные данные» (логические 0 и 1 соотвественно) и {x.f, x.t} = {0, 0} представляют «отсутствие данных » (или «пустые данные» или «NULL»). Кодовое слово {x.f, x.t} = {1, 1} не используется, так же недопустимы переходы от одного достоверного кодового слова к дургому как изображено на рисунке Figure 2 .3.

Это отражает более абстрактное представление 4-фазного квитирования: (1) отправитель выставляет достоверное кодовое слово, (2) получатель принимает его и выставляет подтверждение, (3) на которое отправитель отвечает выставлением пустого кодового слова, и (4) получатель завершает обмен снятием подтверждения. С этого момента отправитель может начать следующий цикл передачи. Еще более абстрактно можно передставить что потоке данных в канале передачи состоит из чередования достоверных и пустых слов.

Теперь расширим представление для многоразрадных канадов. N-битный канал данных представляется простым соединением N пар, каждая из которых использует ранее описаное представление данных. Получатель всегда может принять данные когда они достоверны (на которые отвечает выставлением подтверждения), и когдла все биты пусты (на что он отвечает снятием подтверждения). Это понятно на интуитивном уровне, но это так же обеспечено хорошим математическим аппаратом - dual-rail код code это простейший из семейства delay-insensitive кодов [147], и он имеет ряд приятных качеств:

  1. Любое объединение dual-rail кодовых слов тоже dual-rail кодовое слово

  2. Для заданного числа N (число бит в канале), надор из всехз возможных комбинаций может быть разделен на 3 множества:

    1. пустое слово где все N пар равны {0, 0}.

    2. промежуточное слово где некторорые из пар пусты а некоторые содержат достоверные значения.

    3. 2N различных кодовых слов.

РисунокFigure 2 .4 показывает квитирование в N-битном канале: получатель видит пустое кодовое слово, последовательность промежуточных кодовых слов (все больше и больше пар ставновятся достоверны) и наконец достоверное кодовое слово. После получения кодового слова и подствержения этого, получатель выдит последовательность промежуточных слов (все больше и больше бит становятся пустыми), и наконец пустое кодовое слово на которое он отвечает снятием подтверждения.


Figure 2.4 Illustration of the handshaking on a 4-phase dual-rail channel.

.2.1.32-фазный двухроводный протокол


2-фазный двухпроводный протокол так же использует 2 провода {d.t, d.f} на бит, но информация представляется переходами (событиями) как ибыло описано ранее. В N-битном канале новое слово принимается когда переключились ровно N пар. Здась нет пустых слов; а достоверное слово подтверждается и за ним следует следующее достоверное слово, которое так же подтверждавется. На рисунке Figure 2 .5 показаны временные диаграммы для 2-битного канала использующего 2-фазный двухпроводный протокол.


Figure 2.5 Illustration of the handshaking on a 2-phase dual-rail channel.

.2.1.4Другие протоколы


В предыдущем разделе были представлены 4 наиболее часто используемых протокола: 4-фазный со связными данными; 2-фазный со связными данными; 4-фазный двухпроводный и 2-фазный двухпроводный, использующие push channel. Но есть множество других вариантов. 2 пары используемые в двухпроводных протоколах можно рассматривать как can be seen as a прямое кодирование этих бит и часто используется как расширение l-of-n в управляющей логике и кодировании данных с высокой избыточностью.

Состредотачиваясь на взаимодействии более чем на вычислениях, m-of-n кодирование моеждт быть более существенно. Область решений может быть выражена как перемножение вариантов:

{2-phase, 4-phase} x {bundled-data, dual-rail, 1-of-n, ...} X {push, pull}

Выбор протокола влияет на характеристики реализации схемы (площадь, быстродействие, потребляемая мощьность, устойчивость и т.п.). Перед тем как продолжить рассмотрение реализаций необходимо представить механизм индикации или подтверждения, так же как и новый компонент C-элемент Миллера.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   64

Похожие:

Principles of Asynchronous Circuit Design iconСистема автоматизации проектных работ, или система автоматизированного...
Система автоматизации проектных работ, или система автоматизированного проектирования, сапр (cad, Computer-Aided Design) — программный...

Principles of Asynchronous Circuit Design iconВ. А. Геодакян Россия, Москва, Институт проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова, ран
«asynchronous» theories are needed. This article suggests a theory, which gives interpretations and predictions

Литература


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
literature-edu.ru
Поиск на сайте

Главная страница  Литература  Доклады  Рефераты  Курсовая работа  Лекции