随着半导体工艺的发展,单个芯片上可集成的IP核越来越多,基于总线的MPSoC因成本低、设计周期短、易于复用、尺寸小、高速、低功耗等优势成为当今芯片的主要设计方式。但众多IP核抢占总线的问题会制约MPSoC的工作性能,影响速度,造成额外功耗。因此需要根据工作环境和需要,设计最优MPSoC仲裁算法,解决多模块抢占总线引起的冲突和竞争问题,避免总线工作的“独占”和“饥饿”现象。在仲裁器实现上,因为一定环境下使用异步电路技术,能得到高速低功耗的优势,所以采用全局异步局部同步(GALS)的设计思想,根据实际情况,分别采用同步、异步进行设计仲裁不同功能模块,能够在正确完成仲裁工作的前提下,以较小的面积代价,实现高吞吐率、高速度、低功耗、高带宽占用率等优化。本文针对以上工作,对仲裁算法和仲裁器的设计进行了研究,主要成果如下:1、研究了异步电路的设计方法,建立了基于Balsa-Xilinx的自动设计方法。研究比较了异步电路多种设计方法的优缺点;详细研究自动化数字设计方法,建立异步电路模块库;分析了不同环境下数字化设计方法优缺点;建立了异步设计及验证流程:Balsa-Xilinx设计方法。2、研究设计了双层仲裁算法,在输出带宽比上有明显提高。研究传统总线仲裁算法,结合传统仲裁算法优势,设计双层仲裁算法,在无冲突和多冲突情况下分别采用改进的固定优先级和轮询仲裁轮流工作,并通过彩票项设置权重。达到更好的输出带宽比、带宽占用率和功耗,在速度和面积上有一定优势。3、研究提出了一种自调整附加权动态仲裁算法。首先在每轮仲裁开始时预先判断工作环境,针对不同工作环境改进请求信号,决定工作重点是快速响应或复杂目的带宽分配;然后结合轮询仲裁算法和固权仲裁算法的优势完成仲裁。具有更好的带宽分配功能,总线利用率提高了11.3%-56.3%。4、研究设计了利用异步电路四相双轨协议的全异步自调整附加权动态仲裁器。四相握手协议可以有效避免无效请求下的额外动态功耗,并提高带宽分配准确性;双轨编码可以在仲裁器的工作环境下较好的减少静态功耗。以一定的面积损耗为代价,提高工作速度18%-50.4%,降低动态功耗8.3%-46.2%,降低静态功耗81.8%-90.9%,实现了高速低功耗的优势。5、研究设计了一种基于经典彩票仲裁算法的GALS彩票仲裁器。使用四相双轨协议代替时钟实现彩票抽取机制以防止彩票丢弃,采用异步流水线交叉并行的工作方式以提升工作速度。以较小的面积损耗,优化带宽分配,工作速度至少提高49.2%,实现了高速低功耗。6、针对最新的n-of-n结构BusMatrix总线,设计了一种改进的高速低功耗大吞吐率仲裁器。结合mask-vector仲裁算法和RRA-2pick-OzU仲裁算法的优势,优化了仲裁计算的平均询问次数,使用四相双轨协议激励模块优化电路,实现了数据通信的按需进行。速度提高16.7%-53.9%,吞吐率提升13.9%-77.2%,功耗减少了减少61.8%-71.8%,实现了大吞吐率下的高速低功耗优化。本文工作可用于具有高速低功耗需求的超大规模集成电路实现和优化,为MPSoC和异步电路的设计和性能提高提供了新的技术途径,具有重要的学术意义和应用价值。