高性能低功耗多端口寄存器文件研究與全定制實(shí)現(xiàn).pdf

1、目錄目錄目錄......................................................……，.........................................................……I摘要...............................................................................................

2、....................……11Abstract.，.....……、，......................................................................……，..........……，..…IV英文縮寫說明.........................................……，....................................

3、..................……Vl表目錄.................................................................................……，........................……Vlll圖目錄......................................................……，.....................

4、.................................……仄第一章緒論.......................……，.............................................................................……11.1寄存器文件簡(jiǎn)介...……‘.、、._..…，…‘..............................................

5、..............……11.2寄存器文件發(fā)展及研究現(xiàn)狀..........……，..............................……，............……21.3全定制設(shè)計(jì)流程.......................................……，........................................……31.4本文工作及結(jié)構(gòu)......................

6、.................................................……，.......……5第二章SRAM原理及設(shè)計(jì)技術(shù)..........................................................................……62.1SRAM結(jié)構(gòu)與工作原理...................……、...............................

7、................……62.2SRAM設(shè)計(jì)技術(shù)..................……，..............................................................……72.3.1SRAM存儲(chǔ)單元設(shè)計(jì)....................................................................……72.3.2敏感放大器與位線預(yù)沖電一均

8、衡......……，................................……102.3.3寫數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器.............................................................................……132.3.4地址譯碼器........................................................................

9、....……142.3.5時(shí)序控制策略...........................................................................……巧2.3小結(jié).................................................................……，................................……18第三章基于敏感放大技術(shù)、雙位

10、線讀存儲(chǔ)單元寄存器文件設(shè)計(jì).................……203.1寄存器文件的總體結(jié)構(gòu)與時(shí)序..............................................……，......……203.2電路設(shè)計(jì)與優(yōu)化......................……，..............……‘..........……，..............……233.2.1譯碼器的設(shè)計(jì).................

11、............……，.......................................……233.2.2存儲(chǔ)單元設(shè)計(jì)............……，.........................................................……263.2.3讀數(shù)據(jù)通路的設(shè)計(jì)..............................................................

12、.......……犯3.2.4讀寫控制電路的設(shè)計(jì).................................................................……343.3寄存文件功能、性能與功耗仿真.，..................……、............................……363.4版圖設(shè)計(jì)、驗(yàn)證與后仿真.........................................

13、.........................……423.4.1整體版圖布局與布線規(guī)劃二，......................................................……423.4.2子模塊的版圖設(shè)計(jì).....................................................................……433.4.3版圖驗(yàn)證....................

14、.................................................................……463.4.4參數(shù)提取與后仿真.............................……“......……，.............……46中文摘要摘要寄存器文件是嵌入式超標(biāo)量微處理器的重要組成部分。高性能要求寄存器文件具有小的訪問延時(shí)，而嵌入式應(yīng)用更關(guān)注工作功耗和待機(jī)功耗，超標(biāo)量處理器則要求寄存器

15、具有多個(gè)讀寫端口。因此，設(shè)計(jì)具有高能性、低功耗，多端口的寄存器文件是一項(xiàng)非常有意義的工作。本文采用全定制的設(shè)計(jì)方法，在65nln低功耗工藝下，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了4R，’2W32x32b寄存器文件。本文的主要工作:(l)寄存器文件通常采用多端口的靜態(tài)存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)。本文首先對(duì)SRAM組成和工作原理做了簡(jiǎn)要的回顧，對(duì)地址譯碼、存儲(chǔ)單元、讀寫電路以及時(shí)序控制策略設(shè)計(jì)里的一些關(guān)鍵技術(shù)做了介紹，并對(duì)它們的優(yōu)缺點(diǎn)做了比較。(2)提出一種基于敏感放大技術(shù)，雙位

16、線讀存儲(chǔ)單元的寄存器文件結(jié)構(gòu)。地址譯碼采用兩級(jí)靜態(tài)譯碼以提高性能降低功耗。存儲(chǔ)陣列由具有采用雙位線讀，雙位線寫的存儲(chǔ)單元構(gòu)成。讀電路采用電壓靈敏放大技術(shù)以降低讀延時(shí)?；诜聪嗥麈湹淖x寫控制邏輯確保在單個(gè)周期內(nèi)正確的讀寫操作。后仿真結(jié)果表明，該寄存器文件在典型工藝環(huán)境下，1.2伏電源電壓，50℃時(shí)，可以工作在1.56GHz時(shí)鐘頻率下，時(shí)鐘頻率1.25GHz時(shí)功耗小于36mw，面積為o.o43mm，。(3)提出另一種基于位線分割技術(shù)、靜態(tài)單

17、位線讀存儲(chǔ)單元的寄存器文件。設(shè)計(jì)用到一些功耗的優(yōu)化技術(shù)包括:位線分割技術(shù)、兩級(jí)靜態(tài)譯碼技術(shù)、單位線讀存儲(chǔ)單元、門控時(shí)鐘，部分譯碼技術(shù)等。模擬和仿真證明，該寄存器文件可以工作在1.OGHz頻率下，動(dòng)態(tài)功耗為24mw，面積為O.O46mmZ。(4)提出一種基于位線分割技術(shù)、動(dòng)態(tài)單位線讀存儲(chǔ)單元的寄存器文件結(jié)構(gòu)。由于采用了單位線讀存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)陣列的面積大大下降，整個(gè)寄存器文件的面積下降為0.01~2。同時(shí)，由于面積減小，在典型的PVT環(huán)境下