高性能低功耗多端口寄存器文件研究與全定制實現(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寄存器文件簡介...……‘.、、._..…，…‘..............................................

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

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

7、................……62.2SRAM設計技術(shù)..................……，..............................................................……72.3.1SRAM存儲單元設計....................................................................……72.3.2敏感放大器與位線預沖電一均

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

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

10、線讀存儲單元寄存器文件設計.................……203.1寄存器文件的總體結(jié)構(gòu)與時序..............................................……，......……203.2電路設計與優(yōu)化......................……，..............……‘..........……，..............……233.2.1譯碼器的設計.................

11、............……，.......................................……233.2.2存儲單元設計............……，.........................................................……263.2.3讀數(shù)據(jù)通路的設計..............................................................

12、.......……犯3.2.4讀寫控制電路的設計.................................................................……343.3寄存文件功能、性能與功耗仿真.，..................……、............................……363.4版圖設計、驗證與后仿真.........................................

13、.........................……423.4.1整體版圖布局與布線規(guī)劃二，......................................................……423.4.2子模塊的版圖設計.....................................................................……433.4.3版圖驗證....................

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，而嵌入式應用更關(guān)注工作功耗和待機功耗，超標量處理器則要求寄存器

15、具有多個讀寫端口。因此，設計具有高能性、低功耗，多端口的寄存器文件是一項非常有意義的工作。本文采用全定制的設計方法，在65nln低功耗工藝下，設計并實現(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)存儲器實現(xiàn)。本文首先對SRAM組成和工作原理做了簡要的回顧，對地址譯碼、存儲單元、讀寫電路以及時序控制策略設計里的一些關(guān)鍵技術(shù)做了介紹，并對它們的優(yōu)缺點做了比較。(2)提出一種基于敏感放大技術(shù)，雙位

16、線讀存儲單元的寄存器文件結(jié)構(gòu)。地址譯碼采用兩級靜態(tài)譯碼以提高性能降低功耗。存儲陣列由具有采用雙位線讀，雙位線寫的存儲單元構(gòu)成。讀電路采用電壓靈敏放大技術(shù)以降低讀延時?；诜聪嗥麈湹淖x寫控制邏輯確保在單個周期內(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，可以工作在1.56GHz時鐘頻率下，時鐘頻率1.25GHz時功耗小于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、位線讀存儲單元的寄存器文件。設計用到一些功耗的優(yōu)化技術(shù)包括:位線分割技術(shù)、兩級靜態(tài)譯碼技術(shù)、單位線讀存儲單元、門控時鐘，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)、動態(tài)單位線讀存儲單元的寄存器文件結(jié)構(gòu)。由于采用了單位線讀存儲單元，存儲陣列的面積大大下降，整個寄存器文件的面積下降為0.01~2。同時，由于面積減小，在典型的PVT環(huán)境下