异步系统

本文的主要重点是数字电子系统的异步控制。在同步系统中，操作（指令、计算、逻辑等）由一个或多个集中的时钟信号协调。相比之下，异步系统则没有全局时钟。异步系统不依赖于信号或信息的严格到达时间来实现可靠的操作。

异步系统--很像面向对象的软件--通常由模块化的"硬件对象"构成，每个对象都有明确定义的通信接口。这些模块可能以不同的速度运行，无论是由于数据相关的处理、动态电压缩放，还是由于过程的变化。然后，这些模块可以被组合成一个正确的工作系统，而不需要参考全局时钟信号。通常情况下，由于组件只在需要时才被激活，因此可以获得低功率。此外，一些异步风格已被证明可以容纳时钟接口，从而支持混合计时设计。因此，异步系统很好地满足了在组装大规模异构和可扩展系统时对逐一纠正方法的需求。

有大量的异步设计风格，在稳健性和性能（以及其他参数，如功率）之间进行权衡。设计风格的选择取决于应用目标：可靠性/ease-of-designvs.速度。最稳健的设计使用"延迟不敏感的电路"，无论门和线的延迟如何，其操作都是正确的；然而，只有有限的有用的系统可以用这种风格来设计。稳健性稍差，但更有用的是准延迟不敏感的电路（也被称为速度无关的电路），例如延迟不敏感的minterm合成，无论门延迟如何，它都能正确运行；然而，每个扇出点的导线必须被调整为大致相等的延迟。不太稳健但速度较快的电路，需要简单的局部单边时序约束，包括使用基本模式操作的控制器（即对何时可以接收新输入有设置/保持要求），以及使用匹配延迟的捆绑数据路径（见下文）。在极端情况下，已经提出了高性能的定时电路，它使用严格的两边定时约束，其中时钟仍然可以避免，但需要仔细的物理延迟调整，如一些高速管道的应用。

异步通信通常在通信通道上进行。通信既用于同步并发系统的操作，也用于传递数据。一个简单的通道通常由两条线组成：一个请求和一个确认。在"四相握手协议"（或归零协议）中，请求由发送方组件发出，接收方通过发出确认信号进行响应；然后两个信号依次解除。在"两阶段握手协议"（或过渡信号）中，请求者只需在请求线上拨动数值（一次），而接收者则通过拨动确认线上的数值来作出回应。通道也可以被扩展为数据通信。

异步数据通路通常使用几种方案进行编码。强有力的方案为每个比特使用两条线或"轨道"，称为"双轨道编码"。在这种情况下，xxx条轨道被断言传输一个0值，或者第二条轨道被断言传输一个1值。然后，在传输下一个数据值之前，断言的轨道被重置为零，从而表示"无数据"或"间隔"状态。一个不太稳健，但被广泛使用和实用的方案被称为"单轨捆绑数据"。在这里，可以使用一个单轨（即同步式）功能块，伴随着一个最坏情况下的匹配延迟。

在有效数据输入到达后，一个请求信号被断言为匹配延迟的输入。当匹配的延迟产生一个"完成"的输出时，该块保证已经完成计算。虽然这种方案有时间限制，但它们是简单的、局部的（与同步系统不同）和单边的，因此通常容易验证。

这个领域的文献存在于各种会议和期刊论文集中。最主要的研讨会是成立于1994年的IEEEAsyncSymposium（异步电路和系统国际研讨会）。自20世纪80年代中期以来，各种异步论文也发表在IEEE/ACM设计自动化会议、IEEE国际计算机设计会议、IEEE/ACM国际计算机辅助设计会议、国际固态电路会议和VLSI高级研究等会议上，以及IEEETransactionsonVLSISyste等主要杂志上。