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Abstract  


 

Síntesis de Circuitos Asíncronos mediante la traducción de Circuitos de Sincronización a Redes de Petri 

Aspectos como la elevada complejidad de los circuitos actuales y el gran número de transistores que la tecnología permite integrar en un chip, están revelando importantes problemas de los circuitos síncronos tradicionales: como los derivados del desfase de la señal de reloj (única para todo el sistema), un consumo elevado, etc.

Como alternativa emergente, las técnicas asíncronas solventan tales problemas y aportan nuevas ventajas como su modularidad y adaptabilidad al entorno, entre otras. Sin embargo, los circuitos asíncronos tienen también ciertos inconvenientes, debidos fundamentalmente a las dificultades que plantea su correcto diseño (riesgos, metaestabilidad, ...) y la elevada área requerida en su implementación (debido principalmente al uso habitual de codificación dual-rail en los elementos de camino de datos). Para superar estos inconvenientes se están realizando grandes esfuerzos en el desarrollo de nuevas técnicas que faciliten las tareas de diseño, además de permitir automatizar los procesos de síntesis de circuitos asíncronos. A este respecto, se muestran en este trabajo diversos modelos propuestos por los investigadores para el estudio de estos circuitos. No obstante, dichos modelos suelen restringirse a un tipo concreto de circuitos, y en ocasiones las técnicas derivadas de ellos no ofrecen la suficiente capacidad expresiva ni de abstracción de la tecnología requeridas.

En este sentido proponemos el uso de lenguajes de programación VLSI, que permiten al diseñador trabajar con un alto nivel de abstracción, obviando las complicaciones inherentes al diseño asíncrono. En este caso el lenguaje utilizado es una versión propia de Tangram; un derivado de los lenguajes de comunicación de procesos.

Gracias a su carácter de propósito general, Tangram permite describir con facilidad una importante variedad de comportamientos de circuitos, así como favorecer el diseño sistemático de soluciones. Ahora bien, para aprovechar la potencia descriptiva de este lenguaje es necesario encontrar mecanismos que permitan transformar una especificación (programa) en un circuito VLSI. Para ello se han desarrollado los componentes de sincronización: un conjunto de pequeños circuitos asíncronos que a modo de librería implementan la semántica asociada a las sentencias de Tangram. Basándose en ellos, se han elaborado reglas de traducción dirigida por la sintaxis para las distintas construcciones del lenguaje, lo cual permite la traducción automática de los programas a redes de estos componentes. La transparencia del método de traducción permite además establecer una clara relación entre el rendimiento del programa (en términos de programación habituales) y el del circuito subyacente.

La especificación de los componentes de sincronización se ha realizado usando Grafos de Transiciones de Señales (STGs), lo cual ha favorecido la discusión de distintas interpretaciones de los protocolos de comunicación, así como realizar la síntesis automática (y libre de riesgos) de los mismos con herramientas de CAD ya existentes. El uso de STGs ha permitido también mantener el trabajo realizado totalmente independiente de la tecnología, así como aplicar simplificaciones propias de estos grafos, que reducen la complejidad del circuito final.

La contribución más importante de este trabajo se centra en los procesos de interconexión de la red de componentes de sincronización para formar un único circuito. Dicha interconexión se ha realizado a nivel de STGs, con el fin de aprovechar propiedades de éstos para optimizar los circuitos resultantes. Fruto de ello son los algoritmos de "Inserción de Lugares'' (PICA) e "Identificación de Eventos'' (EICA) aplicables a la composición de redes de Petri en general. Así mismo se presentan técnicas heurísticas para la eliminación de señales internas innecesarias resultantes de la composición, que mejoran los resultados.

Todas las técnicas y algoritmos presentados se han incluido en la herramienta tgm2stg de traducción de Tangram a STGs, que ha sido desarrollada en este trabajo. Con ella se han elaborado los diversos ejemplos que se muestran. Para algunos de ellos se da también el layout obtenido mediante herramientas de síntesis automática a partir de STGs, y de generación de layout.

 

 

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Last update: 08.09.2004  
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