Fakulta informačních technologií MI-NFA, zimní semestr 2011/2012 Jan Schmidt EVROPSKÝ SOCIÁLNÍ FON PRAHA & EU: INVESTUJENE O VAŠÍ BUOUCNOSTI 2. Synchronní číslicové systémy 1
Podmínky korektní funkce hranového klopného obvodu předstih přesah
Princip časové analýzy původní podnět t t + t setup < t C +t t > t C +t hold t C Předpokládáme, že společný podnět existuje Ne-li, viz závěr přednášky Nejhorší případ Obvykle t zahrnuje zpoždění předchozího klopného obvodu, t > t hold a pro t C =0 druhá podmínka platí
Synchronní systém t 1 t d t 2 kombinační logika kombinační logika Jak rozdělit t mezi t 1, t d, t 2?
Hodinové domény synchronní obvod synchronní obvod
Hodinové domény bez fázového vztahu samostatné oscilátory
Hodinové domény ve fázovém vztahu
Přechod mezi hodinovými doménami ve fázovém vztahu
Hodinové domény ve fázovém vztahu - příklad X X Y Y _S RYCHLÁ POMALÁ
X X Y Y Časování Y, X _S _S Y Časová nerovnost vztažena k periodě hodin rychlé domény. otyčná kombinační logika je také v rychlé doméně. X t CS + t C + t YX + t setup < t
Časování Y, X - cesty X X Y Y _S
X X Časování X, Y Y Y _S _S X Y má se Y měnit před nebo po aktivní hraně _S?
Rekonvergentní cesty X X Y Y _S nebo t C + t XY + t setup < t CS t C + t XY + t hold > t CS zanedbáváme zpoždění vodičů a fázovou nejistotu hodin
Realizace časových nerovností t C + t XY + t setup < t CS t C + t XY + t hold > t CS pro všechny možné odchylky výrobní technologie, všechna napájecí napětí a všechny teploty Některá implementační prostředí nemohou zaručit minimální zpoždění dané cesty. FPGA: obvody novějších sérií mohou být vyrobeny rychlejší technologií.
Časování X, Y X X Y Y odpovídá pomalé doméně, kde se logika nachází _S _S X Y Y pěkný, jenže X t C + t XY + t setup < t CS + t _S
Časování X X Y Y CE _S
Časování - finále X X Y Y CE EN_S RYCHLÁ _S POMALÁ
ekompozice hodinové domény v samostatném bloku, jejich synchronizátory samostatně oddělit kritickou a nekritickou logiku atd. (atributy bloku, vývodu) držet spolu registr a budicí logiku (nedělit kombinační obvod na dvě části) generátory (hradlovaných) hodin v jednom bloku
Přechod mezi asynchronními hodinovými doménami
Podmínky korektní funkce hranového klopného obvodu předstih přesah
Jestliže podmínky nebyly splněny... normální odezva rozpoutalo se peklo a bůh si zakryl tvář kolísavá odezva abnormálně zpožděná odezva
Skutečné měření, 1Gs/s
Metastabilitní charakteristiky 100 let MTBF 1 rok čas odeznění 1s 2 ns 4 ns tolerovaný čas odeznění
Synchronizér asynchronní vstup větvení nepřípustné (každý příjemce interpretuje jinak) zpoždění o 1 periodu hodin vytváří tolerované odeznění; není-li nutná celá, lze i kombinační obvod
Je-li signálů více, nestačí to X X FFX0 X FFX1 Y Y Y FFY0 FFY1 X a Y se z 0 do 1 změní současně, v okolí hrany FFX0 změnu zachytí, FFY0 ne na X & Y vidíme posloupnost 00, 10, 11
Přechod více signálů atové signály jsou synchronizovány řídícími signály Protokol řídících signálů je navržen tak, aby se měnil vždy jen jeden Jednosměrný protokol Obousměrný protokol (handshake) Fronta s nezávislými rozhraními
Jednosměrný protokol A ATA STROBE BATA B A ATA STROBE B BATA
Konstrukce protokolu - zjednodušeno 1. 2a. tolik period A, aby > než perioda B 2b. 2 periody B 3a. nejbližší hrana A 3b. nejbližší hrana A A ATA STROBE B BATA
Konstrukce protokolu komu je to málo, přidá si nejistotu hodin - rozptyl zpoždění Signál ATA může mít větší nebo menší zpoždění než signál STROBE Kde není zaručeno min. zpoždění, je rozptyl roven max. zpoždění Rezerva na začátku a konci platnosti ATA musí být větší než rozptyl A ATA STROBE B BATA
Poznatky o přechodu mezi hodinovými doménami Přechod vždy vnáší nezanedbatelné zpoždění (latenci) Na velikost latence má vliv rozptyl zpoždění Statická časová analýza nemá dost informací (např. algoritmus generování STROBE, ATA), aby zaručila správnost přechodu (nicméně nástroje pro verifikaci přechodu existují)
A ATA STROBE B BATA BACK vousměrný protokol Používá se, jsou-li frekvence srovnatelné Existuje varianta, kde každá hrana STROBE a ACK má stejný význam událost se sděluje jakoukoli změnou signálu; časté v protokolech periferií