Yuri Diachenko, Nikolai Morozov, Georgi Orlov. Self-Timed Circuit Synthesis and Its Verification // 2025 International Russian Automation Conference (RusAutoCon), 07-13 September 2025. – IEEE, P. 71-76.
DOI: 10.1109/RusAutoCon65989.2025.11177303. Indexed in Scopus, ядро РИНЦ. EID: 2-s2.0-105018738914. Part of ISSN: 28366131 2836614X.
Финансовая поддержка: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-19-00508, https://rscf.ru/project/25-19-00508/ / FundingAgency: The research was funded by a grant Russian Science Foundation No 25-19-00508, https://rscf.ru/en/project/25-19-00508/
Abstract: The advantages of self-timed (ST) circuits compared to synchronous counterparts (extremely wide operability range in terms of supply voltage and ambient temperature, several times higher tolerance to soft errors, etc.) make them a promising basis for implementing naturally reliable digital circuits and robotic systems. However, the ST circuit design differs greatly from the synchronous circuit one in style and implementation features. The development of computer-aided design tools for ST circuits can facilitate and improve the efficiency of the ST unit design process. The paper proposes a logical synthesis design flow for the ST circuits. It complements a typical design flow for developing synchronous digital VLSI on base chips with specific stages inherent in the ST circuit synthesis: logical function dualization, an indication subcircuit generation, and self-timing analysis. In this case, the methods of converting the synchronous prototype description into an ST circuit and substituting templates of arithmetic and sequential units are used. The proposed design flow is implemented as an ST circuit logical synthesis subsystem. It is based on heuristic algorithms that theoretically guarantee the synthesis correctness. However, at the stage of debugging the synthesis subsystem, the results of its work need to be verified. The article describes the results of this verification on ST circuit examples with varying complexity. It proves the developed software tool’s effectiveness for ST circuit synthesis, which guarantees the obtaining of a circuit with all the properties and advantages of ST circuits and consumer characteristics close to the manual synthesis results.
Аннотация: Преимущества самосинхронных (СС) схем в сравнении с синхронными аналогами (предельно широкий диапазон работоспособности по напряжению питания и температуре окружающей среды, в несколько раз более высокая устойчивость к логическим сбоям и другие), делают их перспективным базисом для реализации естественно надежных цифровых схем и робототехнических систем. Однако разработка СС схем сильно отличается от проектирования синхронных схем по стилю и по особенностям реализации. Создание средств автоматизированного проектирования СС схем способно облегчить и повысить эффективность процесса разработки СС устройств. В статье предлагается маршрут логического синтеза СС схем. Предложенный маршрут расширяет традиционную методологию проектирования цифровых сверхбольших интегральных схем (СБИС) на базовых кристаллах, применяемую в системах автоматизированного проектирования синхронных схем, добавлением специфических этапов синтеза СС схем: дуализации логических функций, генерации индикаторной подсхемы и анализом на самосинхронность. При этом используются методики преобразования (конвертации) синхронного описания прототипа в СС схему и подстановки шаблонов комбинационных и последовательностных устройств: сумматоров, счетчиков, регистров и т.д. Предложенный маршрут реализован в виде подсистемы логического синтеза СС схем. В ее основе лежат эвристические алгоритмы, теоретически гарантирующие корректность синтеза. Однако на этапе отладки подсистемы синтеза результаты ее работы нуждаются в верификации. Статья описывает результаты верификации автоматизированного логического синтеза СС схем разной сложности и подтверждает эффективность разработанных программных средств синтеза СС схем, гарантирующих получение схемы, обладающей всеми свойствами и преимуществами СС схем, и потребительскими характеристиками, близкими к результатам ручного синтеза.