解同步电路中的功耗优化方法

针对解同步方法设计的异步电路存在冗余功耗的问题,提出一种功耗优化的解同步异步电路设计方法.首先以迭代结构乘法器为例分析操作数及电路操作行为对异步流水线功耗的影响;然后将窄数据特性及操作行为特性引入到解同步设计方法中,其中窄数据特性用于优化数据通路,操作行为特性用于优化控制通路;最后采用该方法对异步传输触发体系结构(TTA)微处理器计算内核进行功耗优化设计.实验结果表明,结构优化后的异步TTA微处理器内核功耗明显减少,约为解同步异步内核功耗的60%.     

低功耗、高性能RISC-Ⅴ处理器的研究与设计

针对嵌入式物联网设备对处理器小面积、低功耗、高性能的需求,提出一种顺序发射、乱序执行、乱序写回的三级流水线结构,设计了一款基于开源RISC-Ⅴ指令集的32位低功耗高性能处理器,支持RISC-Ⅴ基本整数运算、乘除法指令集,采用WFI休眠指令与时钟门控技术实现休眠模式.在VCS环境下验证了处理器的逻辑功能,通过SMIC 110 nm工艺库在DC环境下完成了逻辑综合,得到了处理器功耗为0.21 mW,面积开销为20.5k个逻辑门,最后通过运行Core Mark跑分程序测试处理器性能,指令执行速度为2.54 CoreMark/MHz.验证结果表明,本设计同时兼顾了处理器功耗与性能,可以很好地应用于小面积、低功耗、高性能的嵌入式场景.     

一种32位异步嵌入式微处理器原型

异步集成电路设计技术很好地解决了深亚微米工艺条件下同步集成电路设计技术面临的问题。文中在对一系列关键技术进行研究的基础上,设计并实现了一款32位异步嵌入式微处理器原型。在基于宏单元异步集成电路设计流程的基础上,结合解同步技术,提出了异步嵌入式微处理器原型的设计流程。研究了如何实现异步嵌入式微处理器的精确异常、相关检测、同步异步接口和本地握手电路等。最后给出了原型的实现和初步的性能评测结果。     

基于TTA的嵌入式ASIP设计

在嵌入式微处理器设计中,采用ASIP（application specific instruction processor）处理器设计方法,可以在满足功能和性能要求的同时,缩短嵌入式微处理器产品的研制时间．当前ASIP处理器设计方法还面临着许多问题,如体系结构优化、软件代码的可重定向编译等,这些都阻碍了ASIP处理器设计方法的广泛应用．因此,提出了一种基于传输触发体系结构（transport triggered architecture,TTA）的嵌入式ASIP设计方法,对其设计关键技术进行了详细的讨论,并通过两个目标应用的ASIP微处理器设计实例说明了该方法可以有效解决上述问题,快速开发出满足目标应用程序要求的嵌入式处理器。     

一种32位异步嵌入式微处理器原型

异步集成电路设计技术很好地解决了深亚微米工艺条件下同步集成电路设计技术面临的问题.文中在对一系列关键技术进行研究的基础上,设计并实现了一款32位异步嵌入式微处理器原型.在基于宏单元异步集成电路设计流程的基础上,结合解同步技术,提出了异步嵌入式微处理器原型的设计流程.研究了如何实现异步嵌入式微处理器的精确异常、相关检测、同步异步接口和本地握手电路等.最后给出了原型的实现和初步的性能评测结果.     

低功耗动态可配置Cache设计

在现代的微处理器设计中,Cache(高速缓冲存储器)在决定整个微处理器的性能方面起着关键性的作用。同时,作为微处理器的关键部件,它消耗的功耗是微处理器的主要功耗之一。尤其是在嵌入式领域,研究表明Cache所消耗的能量可以占到整个微处理器的50%。因此,降低Cache的功耗可以有效地降低处理器的整体功耗。以"龙腾R2"微处理器为研究对象,以低功耗为出发点,介绍了一种动态可配置Cache的设计方法。实验表明,该低功耗可配置Cache有效的地降低了微处理器的整体功耗,且提高了性能。     

矿用低功耗Wi—Fi移动终端设计

采用低功耗的Cortex—MO内核处理器作为嵌入式开发平台的微处理器,设计了基于Wi—Fi技术的矿用移动终端。在软件设计上,根据应用和实时任务要求进行工作模式切换,在完成Wi—Fi数据传输功能的同时,有效地降低了终端的系统功耗。重点分析了Wi-Fi移动终端的软硬件设计思路,尤其是在降低功耗上采取的措施。最后,给出了终端传输功能和功耗的实际测试结果。     

异步微处理器设计方法研究

随着半导体工艺的发展,同步微处理器面临的时钟分布、功耗、设计复杂性等问题日益突出,异步微处理器得到广泛的研究和关注。在分析异步握手协议与控制部件的基础上,总结了异步微处理器设计的主要方法,详细阐述了异步控制器综合、基于传统同步设计工具的异步设计方法、去同步技术等热点问题,并介绍了典型的异步微处理器。     

嵌入式处理器微内核低功耗设计*

针对嵌入式处理器微内核的结构特点,结合32位微处理器"龙腾C1",提出了一种微内核的低功耗设计方法.在体系结构层次上,分别从微操作ROM、微堆栈和微操作编码几个不同角度出发,对嵌入式处理器的微内核进行了功耗优化设计.在几乎不影响速度和面积的前提下,微内核的功耗有19%的降低.     

基于STM32F207电源监控系统的设计与实现

基于ST公司的ARM Cortex-M3内核的STM32F207嵌入式微处理器,设计并实现了一种高性能、低功耗、小体积的电源监控系统方案.该系统采用微处理器内嵌的3路多通道ADC采集部件,无需外扩其他器件,即可实现对多路电源数据的同步采集,利用微处理器强大的运行能力实现各种参数的运算与分析,并利用基于RS485的Modbus协议通讯方式将数据传输给上位机进行集中管理.测试结果表明,此系统大幅度提高了电源监控系统的实时性及可靠性,并有集成度高、体积小、功耗低等优点.     

基于同步EDA工具的异步电路设计流程

随着VLSI技术的迅猛发展与应用需求的不断提高,微处理器中的功耗、时钟偏移等问题越来越严重,异步电路及其设计方法受到广泛关注.异步电路设计缺乏通用商业EDA工具的支持,现有的基于同步EDA工具的异步电路设计方法存在复杂度高等问题.提出了一种新的异步电路设计流程.该流程充分利用现有同步EDA工具,通过采用多路虚拟时钟综合方法对电路进行逻辑综合,以及在后端实现时对异步控制通路进行定量延迟分析和精确延迟匹配,可以得到更加优化的电路.使用该流程在UMC 0.18μm工艺下实现了一款异步微处理器内核,实验结果表明该流程能快速有效地进行大规模异步集成电路的设计实现.     

AFMC:一种新的异步电路设计自动化流程

随着VLSI面临的功耗及时钟问题越来越突出,异步电路及其设计方法得到了广泛关注.基于宏单元的异步电路设计流程能够采用现有的同步EDA工具和设计流程将同步电路转变成相应的异步电路.在基于宏单元的异步电路设计流程的基础上提出了一种新的异步电路设计自动化流程,并与解同步异步电路设计自动化流程进行了比较.在UMC 0.18μm工艺下采用提出的自动化流程设计实现了一款DLX异步微处理器,实验结果表明该流程能够快速地进行异步电路设计,并且在异步电路的数据通路性能优化方面具有一定的优势.相对于解同步DLX微处理器,采用基于宏单元的异步设计自动化流程实现的异步DLX微处理器能够获得6%左右的性能提高.     

可重配置处理器的体系结构级功耗模型与分析

按照可重配置处理器的体系结构建立并实现功耗模型;模型对处理器的电路级特性进行抽象,基于体系结构级属性和工艺参数进行静态峰值功耗估算,基于性能模拟器进行动态功耗统计,并实现三种条件时钟下的门控技术;可重配置处理器与超标量通用微处理器相比,在性能方面获得的平均加速比为3.59,而在功耗方面的平均增长率仅为1.48;通过实验还说明采用简单的CC1门控技术能有效地降低可重配置系统的功耗和硬件复杂度;该模型为可重配置处理器低功耗设计和编译器级低功耗优化研究奠定了基础。     

基于PXA255的嵌入式系统的设计与实现

基于Intel Xscale内核的Intel PXA255嵌入式微处理器,完全兼容第5代ARM内核,集成了各种各样的外围控制功能.讨论了基于PXA255的嵌入式系统开发的有关硬件设计以及ARM嵌入式系统的软件实现.设计并实现了基于PXA255的信息终端,实际的应用表明了该方案具有低功耗高性能的特点.     

一种低功耗异步乘法器的研究与实现

同步电路由全局时钟信号周期性地驱动计算,而异步电路只在需要的时候才进行运算,因此异步电路具有天然的低功耗优势。当前的解同步异步电路设计方法仅根据同步电路的物理拓扑结构进行异步设计,而没有考虑同步电路的本身功能行为及所处理数据的特点。本文首先分析了物理拓扑结构、电路功能行为及处理数据对低功耗设计的影响,然后设计实现了一款低功耗异步乘法器。实验表明,实现的乘法器相对于传统解同步异步乘法器具有更低的功耗与更高的性能。     

基于S3C44B0X的低功耗移动采集终端设计

在嵌入式移动设备设计和使用中,系统的功耗是一项非常重要的性能指标。高效的低功耗设计能降低系统功耗,延长系统的待机时间和电池使用寿命。实现系统功耗的最小化,对于任何一种嵌入式设备都有很重要的意义。为实现这一目的,需要在硬件设计和软件设计两方面综合考虑。叙述了在基于ARM7内核的CPU-S3C44B0X上实现低功耗设计的办法,并应用于已完成的移动数据采集终端设计中。实践证明,系统空闲时间的功耗得到大幅度降低,待机时间延长。     

基于S3C44BOX的低功耗移动采集终端设计

在嵌入式移动设备设计和使用中,系统的功耗是一项非常重要的性能指标.高效的低功耗设计能降低系统功耗,延长系统的待机时间和电池使用寿命.实现系统功耗的最小化,对于任何一种嵌入式设备都有很重要的意义.为实现这一目的,需要在硬件设计和软件设计两方面综合考虑.叙述了在基于ARM7内核的CPU-S3C44BOX上实现低功耗设计的办法,并应用于已完成的移动数据采集终端设计中.实践证明,系统空闲时间的功耗得到大幅度降低,待机时间延长.     

一种增强的低功耗的嵌入式系统设计

嵌入式系统片上Cache功耗是微处理器的功耗的最主要部分.提出新的低功耗技术,将Filter Cache方法与Loop Table方法相结合,无需增加新的指令,不需要复杂的硬件结构,并可针对具体的应用程序对处理器系统结构进行定制.     

基于多核处理器的弹载计算机低功耗设计研究

低功耗是嵌入式计算机的发展趋势,是弹载计算机设计要解决的关键问题。以基于多核处理器的弹载计算机为例,介绍了功率消耗产生的原理,从处理器、软件设计、Cache设计和可编程逻辑设计等方面对影响弹载计算机系统功耗的因素进行了分析,并提出了低功耗设计的方法和技巧。     

基于去同步技术的异步8051设计与实现

随着半导体工艺的发展,同步电路面临的时钟偏差、功耗等问题日益突出,异步设计方法得到广泛研究和关注。去同步技术可以方便地实现从同步向异步的转化,成为很有前途的异步电路设计方法。基于去同步技术设计实现了一款异步8051微控制器,着重介绍了基于去同步技术的设计流程与异步控制器设计方法。分析表明,在相同的电压、温度条件下,该异步8051性能与同步8051相当,而功耗约为1/2。