Асинхронная система

Основное внимание в этой статье уделяется асинхронному управлению в цифровых электронных системах. ^[1]^[2] В синхронной системе операции ( инструкции , вычисления , логика и т. д.) координируются одним или несколькими централизованными тактовыми сигналами . Асинхронная система , напротив, не имеет глобальных часов. Надежная работа асинхронных систем не зависит от строгого времени прибытия сигналов или сообщений. Координация достигается с помощью архитектуры, управляемой событиями , инициируемой поступлением сетевых пакетов , изменениями (переходами) сигналов, протоколами квитирования и другими методами.

Модульность

Асинхронные системы, подобно объектно-ориентированному программному обеспечению, обычно состоят из модульных «аппаратных объектов», каждый из которых имеет четко определенные интерфейсы связи . Эти модули могут работать с переменной скоростью, будь то из-за обработки данных, динамического масштабирования напряжения или изменения процесса . Затем модули можно объединить для формирования корректной рабочей системы без привязки к глобальному тактовому сигналу . Обычно достигается низкая мощность , поскольку компоненты активируются только по требованию. Более того, было показано, что несколько асинхронных стилей подходят для интерфейсов с тактовой частотой и, таким образом, поддерживают дизайн со смешанной синхронизацией. правильного построения Следовательно, асинхронные системы хорошо отвечают потребностям в методологиях при сборке крупномасштабных гетерогенных и масштабируемых систем.

Стили дизайна

Существует широкий спектр стилей асинхронного проектирования с компромиссом между надежностью и производительностью (и другими параметрами, такими как мощность). Выбор стиля дизайна зависит от цели приложения: надежность/простота проектирования или скорость. В наиболее надежных конструкциях используются « схемы, нечувствительные к задержке », работа которых корректна независимо от задержек на воротах и проводах ; однако с использованием этого стиля можно разработать лишь ограниченные полезные системы. Чуть менее надежными, но гораздо более полезными являются схемы, квазинечувствительные к задержке (также известные как схемы, независимые от скорости), такие как нечувствительный к задержке минтерм-синтез , которые работают правильно независимо от задержек на вентилях ; однако провода в каждой точке разветвления должны быть настроены примерно на равные задержки. Менее надежные, но более быстрые схемы, требующие простых локализованных односторонних временных ограничений , включают контроллеры, использующие работу в основном режиме (т.е. с требованиями установки/удержания, когда могут быть получены новые входные данные), и объединенные пути передачи данных, использующие согласованные задержки (см. ниже). В крайнем случае, были предложены высокопроизводительные «синхронные схемы», в которых используются жесткие двусторонние временные ограничения, где тактовой частоты по- прежнему можно избежать, но требуется тщательная настройка физической задержки, например, для некоторых высокоскоростных конвейерных приложений.

Асинхронная связь

Асинхронная связь обычно осуществляется по каналам связи . Связь используется как для синхронизации операций параллельной системы, так и для передачи данных. Простой канал обычно состоит из двух проводов: запроса и подтверждения. четырехфазного установления связи В « протоколе » (или с возвратом к нулю) запрос утверждается компонентом-отправителем, а получатель отвечает, утверждая подтверждение; затем оба сигнала по очереди снимаются. двухфазного установления связи В « протоколе » (или сигнализации перехода) запрашивающая сторона просто переключает значение в канале запроса (один раз), а получатель отвечает, переключая значение в канале подтверждения. Каналы также могут быть расширены для передачи данных.

Асинхронные пути данных

Асинхронные пути данных обычно кодируются с использованием нескольких схем. В надежных схемах для каждого бита используются два провода или «рельсы», что называется «кодированием с двумя шинами». В этом случае утверждается, что первый рельс передает значение 0, или утверждается, что второй рельс передает значение 1. Утвержденная шина затем сбрасывается в ноль перед передачей следующего значения данных, тем самым указывая состояние «нет данных» или «разделитель». Менее надежная, но широко используемая и практичная схема называется «однорельсовые пакетные данные». Здесь может использоваться одноканальный (т.е. синхронный) функциональный блок с соответствующей задержкой, согласованной в наихудшем случае . После поступления действительных входных данных сигнал запроса утверждается в качестве входа для согласованной задержки. Когда согласованная задержка выдает результат «готово», блок гарантированно завершает вычисление. Хотя эта схема имеет временные ограничения, они просты, локализованы (в отличие от синхронных систем ) и односторонние, поэтому их обычно легко проверить.

Литература

Литература в этой области существует в различных материалах конференций и журналов. также публиковалось множество асинхронных статей. Ведущим симпозиумом является IEEE Async Symposium (Международный симпозиум по асинхронным схемам и системам), основанный в 1994 году. С середины 1980-х годов на таких конференциях, как IEEE/ACM Design Automation Conference , IEEE International Conference, по компьютерному дизайну , Международная конференция IEEE/ACM по компьютерному проектированию , Международная конференция по твердотельным схемам. Архивировано 16 марта 2010 г. в Wayback Machine , и Advanced Research in VLSI, а также в ведущих журналах, таких как IEEE Transactions on VLSI. Системы, транзакции IEEE по автоматизированному проектированию интегральных схем и систем и транзакции по распределенным вычислениям.

См. также

Ссылки

^ Лосада, Мария Гуинальдо; Рубио, Франсиско Родригес; Спит, Себастьян (04 октября 2015 г.). Асинхронное управление сетевыми системами . Спрингер. ISBN 9783319212999 .
^ Спарсё, Йенс; Фербер, Стив (17 апреля 2013 г.). Принципы проектирования асинхронных схем: системный взгляд . Springer Science & Business Media. ISBN 9781475733853 .

С. М. Новик и М. Сингх, «Асинхронное проектирование — Часть 1: Обзор и последние достижения» , IEEE Design and Test, vol. 32:3, стр. 5–18 (май/июнь 2015 г.).
С.М. Новик и М. Сингх, «Асинхронное проектирование — Часть 2: Системы и методологии» , IEEE Design and Test, vol. 32:3, стр. 19–28 (май/июнь 2015 г.)
- Эти две статьи дают широкое и современное представление о современном состоянии асинхронного проектирования. Они включают краткую историю асинхронного проектирования, а также техническое введение в протоколы установления связи и кодирование данных, безопасную логику и конструкцию контроллера. Они также охватывают недавние промышленные успехи в основных технологиях (IBM, Intel, Philips Semiconductors и т. д.), а также недавние применения в новых областях (нейроморфные компьютеры, гибкая электроника, квантовые клеточные автоматы , цифровые сигнальные процессоры непрерывного времени, проектирование сверхнизких напряжений). , экстремальные условия). Подробно освещаются несколько областей применения с широким спектром цитируемых публикаций: системы GALS, сети на кристалле, компьютерная архитектура, тестирование и проектирование для тестируемости, а также разработка инструментов САПР.
Клэр Тристрам, «Пришло время для безтактовых чипов», обложка журнала MIT's Technology Review Magazine, vol. 104:8, стр. 36–41, октябрь 2001 г.
CH ван Беркель, М.Б. Джозефс и С.М. Новик, Применение асинхронных схем , Труды IEEE, Vol. 87, № 2, стр. 223–233, февраль 1999 г. ( Весь этот выпуск посвящен асинхронным схемам вместе со многими другими соответствующими статьями .)
Л. Лаваньо и С.М. Новик, «Асинхронные схемы управления», глава 10 в ред. Соха Хассун и Цутому говорит (2002). Логический синтез и проверка . Академическое издательство Клувер. ISBN 0-7923-7606-4 . {{cite book}}: |author= имеет общее название ( справка ) , стр. 255–284 ( Включает указатели на новейшие асинхронные микросхемы, а также описание методов САПР для асинхронных схем управления .)

Адаптировано из Стива Новика колонки ACM SIGDA в электронном бюллетене Игоря Маркова.
Исходный текст доступен по адресу https://web.archive.org/web/20060624073502/http://www.sigda.org/newsletter/2006/eNews_060115.html.

Внешние ссылки

Безтактовый процессор ARM ARM996HS. Архивировано 3 марта 2016 г. на Wayback Machine.
Наварра AsyncArt. N-протокол: методология асинхронного проектирования для FPGA
Страница асинхронного дизайна в Университете Ньюкасла
Workcraft: набор инструментов для асинхронного синтеза и проверки схем https://workcraft.org/

[1] Лосада, Мария Гуинальдо; Рубио, Франсиско Родригес; Спит, Себастьян (04 октября 2015 г.). Асинхронное управление сетевыми системами . Спрингер. ISBN 9783319212999 .

[2] Спарсё, Йенс; Фербер, Стив (17 апреля 2013 г.). Принципы проектирования асинхронных схем: системный взгляд . Springer Science & Business Media. ISBN 9781475733853 .

[1]

[2]