非同步8051處理器之研究與設計
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傳統的處理器設計會有一個中央時脈來使其運作機制正確,然而,由於
時脈的速度愈來愈快,使得時脈歪斜的情況愈嚴重,因此,需要更多的成本來解
決時脈歪斜的問題,例如:時脈樹(clock tree)使得晶片面積增加。除此之外,
同步系統還有許多問題。若採用非同步的方式來設計處理器將可以有效避免這些
問題。近年來關於非同步處理器在國外已累積相當多的研究與探討。在此,本計
畫基於之前對非同步系統與低耗電系統的成果繼續努力,進一步設計適合非同步
架構的處理器,並且針對非同步電路的合成器作最佳化,以節省面積及耗電量。
在系統晶片設計上,由於可能需整合多個不同時脈的IP,而導致整合
上的困難。在非同步電路中,IP 之間可藉由交握的方式溝通,可以有效的避免
時脈不一致問題。但是,由於目前大多數的IP 仍是屬於同步的架構,如何將非
同步的IP 與同步IP 做整合也是本研究計畫要討論的,我們將設計一個溝通介面
來整合同步系統與非同步系統,並且藉此可達到IP 重複使用性的目的。
在本研究計畫中,我們以設計及實作非同步8051 為目標,主要原因在
於8051 目前已經廣泛用於嵌入式的產品,8051 的架構主要源自於Intel 並且已
經有大量的8051 的衍生性產品。此外,智慧卡(smart card)很多都採用8051
來當其核心,對於無接觸的智慧卡(contactless smart card)正好需要非同步電
路中低耗電量和低電磁放射的優點。