基于NCL逻辑的异步MCU设计

发布时间：2021-07-20 05:24

　　集成电路技术进入深亚微米以后，器件尺寸不断缩小。随着芯片特征尺寸的不断缩小、电路规模的不断增加及时钟工作频率的提高，同步电路开始面临时钟偏移、功耗过大及电磁兼容性等问题。异步电路使用本地握手通信代替了同步电路中的全局时钟，从根本上解决了同步电路面临的问题。异步处理器作为异步电路设计的一个重要分支，正在得到深入研究。本文主要工作是研究异步电路设计技术，完成基于Null Convention Logic（NCL）逻辑的四相双轨微处理器的设计。论文讨论了异步电路的基本理论、实现方式和基于NCL逻辑的异步电路设计方法，分析并比较了国内外较典型的异步微处理器体系结构，参考8位同步MCU的功能模块设计部分，设计了异步微处理器的系统架构。根据NCL逻辑异步设计流程，完成了程序计数器、通用寄存器、堆栈指针、程序存储器、算术逻辑单元和微程序控制器等MCU关键功能模块的设计并验证其正确性。论文设计的异步MCU是基于SMIC0.18μmCMOS工艺的库的全定制设计。根据该异步MCU应用于Zigbee无线网络的数据传输及传输中的错误纠码，设计了相应的27条指令。指令的译码执行采用微指令控制。论文工作对于高抗电... 

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 论文研究背景
        1.1.1 异步电路的发展
        1.1.2 异步电路的优势和存在的问题
    1.2 国内外异步电路处理器发展
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内发展现状
    1.3 论文的主要工作和安排
第二章 异步电路设计基础
    2.1 握手协议
        2.1.1 信号传输协议
        2.1.2 数据编码协议
    2.2 异步电路延时模型
    2.3 NCL电路介绍和实现方法
        2.3.1 NCL电路介绍
        2.3.2 NCL阈值门
        2.3.3 NCL电路实现方法及NCL电路实例
    2.4 本章小结
第三章 异步微处理器的体系结构
    3.1 处理器体系结构分析
    3.2 典型异步处理器体系结构
        3.2.1 FAM-全异步微处器
        3.2.2 非同步精简指令集处理器
        3.2.3 自定时精简指令集微处理器
        3.2.4 Amulet1异步微处理器
        3.2.5 典型异步处理器体系结构比较
    3.3 异步MCU的体系结构和指令集设计
        3.3.1 异步MCU体系结构
        3.3.2 异步MCU指令集设计
    3.4 本章小结
第四章 异步MCU功能模块设计和实现
    4.1 异步MCU设计流程
    4.2 异步MCU功能模块设计
        4.2.1 程序计数器PC
        4.2.2 通用寄存器Rn
        4.2.3 堆栈指针SP
        4.2.4 程序存储器ROM
        4.2.5 算术逻辑单元ALU设计
        4.2.6 微程序控制器
    4.3 本章小结
第五章 异步MCU功能模块验证
    5.1 验证流程
    5.2 仿真验证结果
        5.2.1 NCL逻辑门仿真验证
        5.2.2 异步MCU各功能模块的仿真验证
    5.3 本章小结
第六章 结论和展望
致谢
参考文献
科研情况



本文编号：3292222