【摘要】： 隨著集成電路制造技術(shù)的不斷提高，芯片的集成度和速度也不斷提高，同時伴隨著移動設(shè)備需求的不斷增加，電路的功耗已經(jīng)成為繼速度、面積、可測性之后電路設(shè)計者必須考慮的因素。處理器作為代表數(shù)字集成電路設(shè)計的最高水平是構(gòu)建電子系統(tǒng)必不可少的核心部件，因此低功耗處理器體系結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)成為處理器設(shè)計的一個重要研究方向。 本文在詳細(xì)分析了CMOS數(shù)字電路的功耗模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討了各種層次低功耗設(shè)計手段的方法和效率以及采用綜合技術(shù)的低功耗設(shè)計流程，并最終結(jié)合作者在航空微電子中心設(shè)計的具有自主版權(quán)的16位CISC處理器NCS2000進(jìn)行了各種低功耗設(shè)計方法的研究，其中許多算法和方法都是首次提出的。在本文中研究的處理器部件主要包括譯碼器、微程序部件和運算器，同時針對數(shù)字電路中最通用的控制電路有限狀態(tài)機的低功耗設(shè)計進(jìn)行了研究和具體設(shè)計。通過研究和具體的方案實現(xiàn)，證明合理地使用低功耗設(shè)計手段對于降低處理器的功耗是非常有效的，采用這種方式進(jìn)行處理器的低功耗研究是非常有希望的發(fā)展方向。本文的主要貢獻(xiàn)有： 1、論文作者完成了16位微處理器NCS2000的研究和設(shè)計，采用自頂向下的全正向設(shè)計技術(shù)在國內(nèi)首次設(shè)計并實現(xiàn)了與80286在指令及時序上兼容的微處理器設(shè)計，并完成了FPGA驗證，該微處理器核具有完全的自主版權(quán)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了低功耗處理器研究和設(shè)計。 2、本文對多種層次的低功耗設(shè)計方法進(jìn)行了分析，并對各種方法的效果進(jìn)行了評估，針對目前功耗優(yōu)化工具最常采用的門控時鐘方法，首次提出了時鐘平衡單元和內(nèi)嵌門控時鐘單元的概念，對于簡化門控時鐘電路的綜合、降低時鐘偏斜和提高可測性具有重要的意義。 3、針對指令長度變化較大的不規(guī)整譯碼器，提出了精確訪問控制的概念。這種方法是操作數(shù)隔離辦法的一個延伸，非常適用于對整個電路中部分電路進(jìn)行訪問的情況，可以應(yīng)用于諸如寄存器堆訪問等類型的操作上。 4、針對微程序部件擴展了ROM分區(qū)的設(shè)計思想。首次提出了ROM優(yōu)化編碼的思想，這種思想在國內(nèi)外各種參考文獻(xiàn)和研究報告中都沒有提到過，對于采用微程序思想的CISC處理器具有重要意義。 5、對處理器數(shù)據(jù)通路中最重要的兩個部件：加法器和移位寄存器進(jìn)行了低功耗研究，研究了合理選擇加法器和移位寄存器的方法。針對動態(tài)操作數(shù)交換提出了采用符號跳變作為交換邏輯的方法，該方法在增加較少硬件電路的情況下，就可以達(dá)到很好的低功耗效果。 摘要 6、對數(shù)字電路中最常見的控制邏輯有限狀態(tài)機進(jìn)行了各種低功耗設(shè)計方法 的研究，并對狀態(tài)分解法進(jìn)行了詳細(xì)的分析和驗證，并在國內(nèi)首次開展 了有限狀態(tài)機功耗優(yōu)化軟件的研究，為進(jìn)一步開展低功耗EDA軟件的 研究打下了一定基礎(chǔ)。 本論文的研究工作部分結(jié)合九五預(yù)研課題“軍用MPU、MCU技術(shù)”進(jìn)行， 其研究成果對于今后進(jìn)一步研制和開發(fā)具有自主版權(quán)的低功耗微處理器具有重 要意義。
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2002
【分類號】：TP332
【圖文】：

第一章緒論圖1一1是IBS在2000年7月份對近幾年來芯片生產(chǎn)采用工藝的統(tǒng)計和對未來幾年的估計，可以看出芯片加工的主流工藝將越來越窄。圖1一1芯片生產(chǎn)工藝對應(yīng)產(chǎn)量的統(tǒng)計和預(yù)期隨著芯片面積呈幾何指數(shù)的增加，芯片內(nèi)部的電場效應(yīng)將越發(fā)明顯，為了避免微小器件內(nèi)的這種電場效應(yīng)，同時也為了防止芯片過熱，芯片的工作電壓也會進(jìn)一步下降，預(yù)計到2007年，芯片的工作電壓可以降低到0.9V。半導(dǎo)體工藝的飛速發(fā)展帶來了芯片密度的增加、電路工作速度的提高，但這這些因素使得集成電路功耗的明顯增加，因此芯片的散熱措施也不斷更新，從改變封裝形式到添加散熱裝置

第一章緒論圖1一1是IBS在2000年7月份對近幾年來芯片生產(chǎn)采用工藝的統(tǒng)計和對未來幾年的估計，可以看出芯片加工的主流工藝將越來越窄。圖1一1芯片生產(chǎn)工藝對應(yīng)產(chǎn)量的統(tǒng)計和預(yù)期隨著芯片面積呈幾何指數(shù)的增加，芯片內(nèi)部的電場效應(yīng)將越發(fā)明顯，為了避免微小器件內(nèi)的這種電場效應(yīng)，同時也為了防止芯片過熱，芯片的工作電壓也會進(jìn)一步下降，預(yù)計到2007年，芯片的工作電壓可以降低到0.9V。半導(dǎo)體工藝的飛速發(fā)展帶來了芯片密度的增加、電路工作速度的提高，但這這些因素使得集成電路功耗的明顯增加，因此芯片的散熱措施也不斷更新，從改變封裝形式到添加散熱裝置

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【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 杜曄華;嵌入式系統(tǒng)中閃速存儲器系統(tǒng)的若干節(jié)能技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

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4 劉元鋒;RISC架構(gòu)微處理器擴展對稱密碼處理指令的研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2006年

5 張冰淳;64位高性能微處理器中存儲管理單元的研究與實現(xiàn)[D];同濟大學(xué);2007年

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8 劉濤;16位微處理器設(shè)計[D];西安電子科技大學(xué);2006年

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10 馬林;手機基帶芯片的低功耗研究與設(shè)計[D];西安電子科技大學(xué);2012年

本文編號：2757892