異步集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)及單元電路設(shè)計(jì)研究的綜述報(bào)告

異步集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)及單元電路設(shè)計(jì)研究的綜述報(bào)告異步集成電路（AsynchronousCircuits）是一種電子電路，它不需要時(shí)鐘信號(hào)來(lái)進(jìn)行同步，而是通過(guò)信號(hào)的狀態(tài)改變來(lái)完成操作。異步集成電路具有許多優(yōu)點(diǎn)，如低功耗，高可靠性，可快速應(yīng)對(duì)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(jì)技術(shù)的發(fā)展也越來(lái)越成熟，在高性能計(jì)算、通信、圖像處理、數(shù)字信號(hào)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(jì)方法和電路結(jié)構(gòu)，其中包括加減器、乘法器、存儲(chǔ)器、中斷控制器等單元電路的設(shè)計(jì)。本文將重點(diǎn)從異步集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)和異步單元電路設(shè)計(jì)兩個(gè)方面進(jìn)行綜述。1.異步集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)異步集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)主要包括電路實(shí)現(xiàn)和電路優(yōu)化兩個(gè)部分。1.1電路實(shí)現(xiàn)電路實(shí)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(guò)程。異步電路的實(shí)現(xiàn)通常包括門(mén)級(jí)電路、傳輸門(mén)級(jí)電路、流水線(xiàn)電路、層級(jí)電路和布爾原件級(jí)電路等實(shí)現(xiàn)方式。其中，門(mén)級(jí)電路是實(shí)現(xiàn)異步電路最簡(jiǎn)單的方式之一，可以直接使用邏輯門(mén)和在數(shù)據(jù)通路上的同步有序器件。流水線(xiàn)電路的設(shè)計(jì)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(hào)來(lái)判斷。層級(jí)電路使用層次結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行復(fù)雜異步電路的設(shè)計(jì)，將異步電路分解成一系列的層級(jí)，每個(gè)層級(jí)將異步邏輯分塊并用同步電路來(lái)控制不同的層級(jí)。1.2電路優(yōu)化在電路實(shí)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(jiàn)的電路優(yōu)化技術(shù)包括布局優(yōu)化、配線(xiàn)優(yōu)化和功耗優(yōu)化等。布局優(yōu)化是指通過(guò)調(diào)整電路中的元件位置來(lái)滿(mǎn)足盡量少的連接，從而降低設(shè)計(jì)成本。配線(xiàn)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(guò)調(diào)整操作序列和邏輯電路的邏輯功能來(lái)減少功耗。這些優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來(lái)，能夠解決異步電路設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，獲得更好的性能和可靠性。2.異步單元電路設(shè)計(jì)異步單元電路的設(shè)計(jì)也是異步集成電路中重要的一部分，下面介紹幾種常見(jiàn)的異步單元電路設(shè)計(jì)。2.1加法器異步加法器是異步單元電路中一個(gè)重要的部分，可以完成兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)的加法運(yùn)算。異步加法器所采用的時(shí)序控制方式有許多種，其中常見(jiàn)的是互鎖和互斥控制方式?；ユi控制方式采用同步器件對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)異步加法器的運(yùn)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(guò)度運(yùn)算。根據(jù)上述控制方式，設(shè)計(jì)的異步加法器可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)錄波，消費(fèi)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(gè)二進(jìn)制數(shù)相乘，輸出一個(gè)二進(jìn)制數(shù)的乘積。異步乘法器的設(shè)計(jì)方式各不相同，常見(jiàn)的設(shè)計(jì)方式有Booth序列乘法器、Baugh-Wooley乘法器、Wallace樹(shù)乘法器等。其中，Booth序列乘法器采用Booth編碼將兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為更短的序列，然后通過(guò)互鎖控制方式，通過(guò)異步邏輯元件進(jìn)行控制，在更少的處理時(shí)間內(nèi)完成相乘操作。Wallace樹(shù)乘法器則采用樹(shù)形結(jié)構(gòu)相乘，通過(guò)異步邏輯門(mén)來(lái)完成乘法操作。2.3存儲(chǔ)器異步存儲(chǔ)器可以對(duì)信息進(jìn)行讀寫(xiě)，常用的存儲(chǔ)器有隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）和閃存存儲(chǔ)器等。異步存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)需要考慮電容分配、讀寫(xiě)時(shí)序、穩(wěn)態(tài)恢復(fù)等因素，可采用雙字節(jié)交替寫(xiě)入，技術(shù)共享等方式，以提高讀寫(xiě)效率和存儲(chǔ)安全性。2.4中斷控制器異步中斷控制器可以對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備之間的中斷進(jìn)行處理和分配，可以實(shí)現(xiàn)并行處理的需求。異步中斷控制器無(wú)需時(shí)鐘同步，可以塑造不同類(lèi)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(mǎn)