Синтез автоматов малой мощности - Low-power FSM synthesis

Эта статья включает в себя список общих Рекомендации, но он остается в основном непроверенным, потому что ему не хватает соответствующих встроенные цитаты. Пожалуйста, помогите улучшать эта статья введение более точные цитаты. (Апрель 2015 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Конечные автоматы (Автоматы) широко используются для реализации логика управления в различных приложениях, таких как микропроцессоры, цифровая передача, цифровые фильтры и цифровая обработка сигналов. Даже для дизайнов, содержащих большое количество^{[требуется разъяснение ]} из путь к данным элементы, контролер занимает значительную часть. Поскольку устройства в основном портативные и переносные, рассеяние мощности стало главной заботой сегодняшнего СБИС дизайнеров. Хотя элементы канала данных могут быть отключены, когда они не используются, контроллеры всегда активны. В результате контроллер потребляет хорошее количество^{[требуется разъяснение ]} системной мощности. Таким образом, энергоэффективный синтез конечных автоматов возникла как очень важная проблемная область, привлекающая множество исследований. В синтез метод должен иметь возможность снижать как динамическую мощность, так и мощность утечки потребляется схемой.

Синтез автоматов

Автомат можно определить как пятерку, которая состоит из набора первичных входов, набора первичных выходов, набора состояний, функции следующего состояния и функции вывода. Функция следующего состояния отображает текущее состояние и первичные входы в следующее состояние; функция вывода отображает первичные входы и текущее состояние на первичные выходы. Любая детерминированная последовательная функция может быть представлена ​​с помощью этой модели. Автомат можно разделить на две части: комбинационную схему и память.

Оптимальный синтез конечных автоматов - важный шаг в цифровом проектировании. Три основных этапа синтеза конечного автомата:

1. Минимизация состояния: Количество состояний уменьшается за счет распознавания эквивалентных состояний, присутствующих в автомате, и их объединения. Когда возможна минимизация состояния, считается, что конечный автомат будет легче построить.
2. Кодирование состояния: Сложность комбинационной логики зависит от присвоения кодов каждому из состояний в автомате. Это также называется государственное задание. Хорошее государственное задание значительно снижает стоимость внедрения. Существует множество методов кодирования, таких как кодирование Грея, двоичное кодирование, одноразовое кодирование и т. Д.
3. Определение булевых функций для функций следующего состояния и вывода: Булевы уравнения могут быть получены с помощью двухуровневой структуры или случайной логики путем соединения логических примитивов. В любом случае логическая минимизация, логическое разбиение и декомпозиция необходимы для эффективной реализации.

Маломощный синтез

В КМОП схемы, мощность рассеивается в ворота когда выход затвора изменяется с 0 на 1 или с 1 на 0. Оптимизация для низкого среднего энергопотребления в цифровых КМОП-схемах в большинстве случаев мотивируется уменьшением проблем, связанных либо с теплом, выделяемым интегральной схемой (ИС), либо с ограниченные ресурсы питания, как у портативных аккумулятор -управляемое оборудование.

Наиболее распространенный подход к синтезу автоматов малой мощности - разделить автомат на два или более суб-автоматов, в которых в любой данный момент активен только один из них. Проблема минимизации мощности может рассматриваться на различных уровнях: алгоритмическом, архитектурном, логическом и схемном. Динамическая мощность, потребляемая в синхронных КМОП-схемах, определяется как:

                                 ${ displaystyle P = V_ {DD} ^ {2} f  sum _ {i} { alpha _ {i}} {C_ {i}},}$

куда ${ displaystyle alpha _ {я}}$ - вероятность передачи сигнала за тактовый период в узле ${ displaystyle i}$, ${ displaystyle C_ {i}}$ коммутируемая емкость, ${ displaystyle V_ {DD}}$ напряжение питания и ${ displaystyle f}$ это тактовая частота.

Методы синтеза

1. Разделение конечного автомата физически увеличивает площадь схемы, но снижает потребляемую динамическую мощность.
2. В синтезе кодирование состояний играет важную роль для эффективной реализации. Булево расстояние между кодами минимизируется с высокой вероятностью перехода с помощью дескриптора вероятности конечного автомата.
3. В отключение ввода на предвычислительной основе В подходе блоки каналов данных, которые являются комбинационной логикой, отключаются, чтобы отключить значения входных сигналов. Это снижает динамическую мощность
4. В последовательных схемах используются методы тактовой синхронизации, такие как Стробирование мощности используются для отключения тактового сигнала для частей системы, которые не работают
5. Для сложных микропроцессоров блоки с плавающей запятой и блоки кэш-памяти отключаются в режиме ожидания. Этот метод называется динамическое управление питанием

Ограничения

Количество энергии, которое экономится за счет разделения конечного автомата, в основном определяется тем, насколько хорошо алгоритм разделения может кластеризовать сильно связанные состояния вместе в суб-конечных автоматах, и насколько велики затраты с точки зрения мощности на выполнение перехода из одного состояния в другое. sub-FSM к другому.

Сноски

Рекомендации

1. http://www.nptel.ac.in/courses/106103016/9
2. Л. Бенини, Г. Де Микели, Государственное задание по рассеиванию малой мощности, Журнал IEEE по твердотельным схемам (1994) 32–40
3. W. Noeth, R. Kolla., Кодирование состояний на основе связующего дерева для малой мощности рассеяния, Автоматизация проектирования и тестирование в Европе (1999)
4. Самбху Натх Прадхан, М. Тилак Кумар и Сантану Чаттопадхьяй. 2011. Синтез конечных автоматов малой мощности с использованием стробирования мощности. Интегр. VLSI J. 44, 3 (июнь 2011), 175–184
5. Сью-Хонг Чоу, И-Ченг Хо, Тинтин Хван и К.Л. Лю. 1996. Реализация конечных автоматов с низким энергопотреблением - декомпозиционный подход. ACM Trans. Des. Автомат. Электрон. Syst. 1, 3 (июль 1996 г.)