Projeto Lógico Automatizado de Sistemas Digitais Seqüenciais 5 - Síntese Assíncrona

Transcrição

1 Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul Instituto de Informática (II-PUCRS) Grupo de Apoio ao Projeto de Hardware - GAPH Projeto Lógico Automatizado de Sistemas Digitais Seqüenciais 5 - Síntese Assíncrona Ney Laert Vilar Calazans Julho, 998 *Com o apoio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul (FAPERGS).

2 Sumário H - Introdução Escola98 H 2 - Síncronos - Vantagens e Inconvenientes H 3 - Assíncronos - Modelos e Problemas H 4 - Taxonomia Assíncrona H 5 - Um Estilo de Projeto Assíncrono Moderno

3 - Introdução H Diferença mais fundamental - modelo temporal: Síncronos - sinais discretos/ tempo discreto; Assíncronnos - sinais discretos/ tempo contínuo; H Estilo síncrono - uma família de métodos; H Diversos estilos assíncronos: dependem das restrições adicionais impostas;

4 - Introdução - abordagem do capítulo H eliminação de tempo discreto e conseqüências sobre métodos de projeto; H principais considerações de projeto derivadas da eliminação; H exemplo de estilo de projeto assíncrono.

5 Sumário - Introdução Escola98 H 2 - Síncronos - Vantagens e Inconvenientes H 3 - Assíncronos - Modelos e Problemas H 4 - Taxonomia Assíncrona H 5 - Um Estilo de Projeto Assíncrono Moderno

6 2 - Definições Estruturais Assíncronos: Qualquer interconexão arbitrária de portas lógicas, onde não há duas saídas de portas lógicas conectadas entre si. Síncronos: Um circuito assíncrono onde todos os laços de realimentação passam através de um elemento de memória controlado por um sinal de relógio global do circuito. Além disso, o ambiente onde opera o circuito deve ser tal que nenhuma entrada ocorra fora de certas janelas de tempo pré-especificadas (setup e hold).

7 2 - Síncronos - estrutura típica CC E S CC2 E S Relógio B CC3 E S CC4 E S CC5 E S CC6 E S CC7 E S A Relógio

8 2 - Síncronos - relação relógio/entradas Relógio X Tempo de Hold Tempo de Setup Violação de Hold Violação de Setup

9 2 - Síncronos - Vantagens H - Abstração do tempo de propagação durante o projeto; H 2 - Facilidade de decomposição; H 3 - Abstração de eventos espúrios (devido à propagação diferenciada); H 4 - Total eliminação de corridas; H 5 - Manipulações Booleanas e algébricas diretas;

10 2 - Síncronos - Inconvenientes H - Escorregamento de relógio; H 2 - Potencial para desperdiçar energia; H 3 - Desempenho de pior caso H 4 - Baixa propensão à migração tecnológica; H 5 - Inadaptabilidade à variações de propriedades físicas como tensão de alimentação; H 6 - Tratamento do fenômeno de metaestabilidade.

11 2 - Síncronos - Escorregamento de relógio Relógio no ponto A Relógio no ponto B Escorregamento do Sinal de R elógio

12 Sumário - Introdução Escola Síncronos - Vantagens e Inconvenientes H 3 - Assíncronos - Modelos e Problemas H 4 - Taxonomia Assíncrona H 5 - Um Estilo de Projeto Assíncrono Moderno

13 3 - Assíncronos - Modelos e Problemas H Conjunto (incompleto) de modelos para tratamento de problemas de temporização: H Classes de modelos: representação de informação; ambiente; fenômenos temporais; H Estilo assíncrono de projeto determinado pela escolha de subconjunto de modelos; H Confusão de nomenclatura é grande!!!

14 3 - Assíncronos - Representação de informação H Subclassificação: Modelos p/ codificação física de informação:» trilha única ou trilha dupla;» códigos - exemplos: espaçador e dados alternantes Assinalamento da informação:» assinalamento por nível ou por transição; Protocolos de comunicação:» duas fases ou quatro fases.

15 3 - Assíncronos - Codificação em trilha dupla a f a f a f a b f a a b b f f a b f a a b b f f

16 3 - Assíncronos - Protocolos duas/quatro fases REQ CON Duas Fases DADO dado válido dado válido Primeiro Ciclo Segundo Ciclo REQ CON Quatro Fases DADO dado válido Primeiro Ciclo

17 3 - Assíncronos - Modelagem de Ambiente H Conceito básico - mudança de entrada mudanças simultâneas, não-simultâneas, inválidas; períodos críticos. H Uma classificação modo completamente irrestrito modo fundamental modo entrada-saída H Outra classificação modo mudança única de entrada; modo múltipla mudança de entradas.

18 3 - Assíncronos - Fenômenos temporais H Atrasos para componentes atraso ideal ou atraso inercial. H Classificação baseado na magnitude do atraso: ilimitado limitado:» atraso inteiro ou discreto;» atraso real ou contínuo. H Classificação baseado na transição da saída: binário; ternário.

19 3 - Assíncronos - Atrasos de componentes X(t) Y(t) Z(t) Z2(t) δ δ Entrada Binário Ternário

20 3 - Assíncronos - Atrasos de circuitos H Classificação: atraso de realimentação; atraso de porta; atraso de fio.

21 3 - Assíncronos - Problemas temporais H Corridas XY X ZZ2 A N XY+XY E rápido Z Y+XY XY E2 XY Y A2 A3 A4 Z2 XY E3 lento H Transitórios X lento 2δ rápido δ Z X Z δ 2δ

22 Sumário - Introdução Escola Síncronos - Vantagens e Inconvenientes 3 - Assíncronos - Modelos e Problemas H 4 - Taxonomia Assíncrona H 5 - Um Estilo de Projeto Assíncrono Moderno

23 4 - Taxonomia Assíncrona H Pouco consenso para classificações, terminologia confusa; H Livro aborda critérios ortogonais e propõe conjunto de critérios: modelo de atrasos; quantificação de atrasos; forma de especificação do projeto; quantidade de sinais de relógio; H Classificação inclui síncronos como caso.

24 4 - Taxonomia Assíncrona - modelo de atrasos H atrasos limitados; H micropipelines; H independente de atrasos; H totalmente insensíveis a atrasos.

25 Sumário - Introdução Escola Síncronos - Vantagens e Inconvenientes 3 - Assíncronos - Modelos e Problemas 4 - Taxonomia Assíncrona H 5 - Um Estilo de Projeto Assíncrono Moderno

26 5 - Um Estilo de Projeto Assíncrono Moderno H Livro escolhe micropipelines - Sutherland 89; H Pressupostos: protocolo de comunicação duas fases; dados empacotados; biblioteca de células assíncronas (6 células); lógica de eventos baseada em transições, não níveis lógicos;

27 / nf.pucrs.b r 5 - Micropipelines - Células da biblioteca a b a b f a b f f a b a b fi fi- f i- a b f f C Porta XOR Elemento C

28 5 - Micropipelines - Células da biblioteca ALTERNADOR V SELEÇÃO F R D CHAMADA R R2 ÁRBITRO R D D2 R2 G D D2 G2

29 5 - Micropipelines - Célula de memória C P d C C d E REG S C d P E C S C P Função Transparente baixo P Armazena alto Armazena baixo P P d Transparente alto

30 5 - Micropipelines - Estrutura de controle R e A R 2 A 3 R s C C Ae R A2 R3 As C C Fluxo de Informação de Controle

31 5 - Micropipelines - Controle + Processamento Re A R2 A3 Rs C Cd P C Cd P De C Pd REG Lógica REG C P d Lógica C Pd REG Lógica REG C P d Lógica Ds C d P C d P Ae R A2 R3 As C C