在介绍基于FPGA的全局异步局部同步四相单轨握手协议实现之前，我们首先需要了解几个核心概念：
1. **FPGA**（现场可编程门阵列）是一种可以通过软件编程来配置其逻辑功能和互连的半导体设备。FPGA在电子系统设计中广泛应用，特别是在需要高度定制化逻辑电路的场合。
2. **硬件技术与硬件开发**：硬件技术是指涉及电子设备硬件设计、制造与测试的工程技术领域。硬件开发则侧重于创建新的硬件系统或更新旧系统以满足新的需求。
3. **全局异步局部同步（GALS）系统**：这是一个混合型系统设计方法，它结合了同步和异步设计的优点。同步设计意味着整个系统遵循统一的时钟信号。而异步设计则不依赖于全局时钟信号。GALS系统通过在局部同步模块之间引入异步连接来减少时钟域之间信号传递的复杂性，并允许系统在不同模块需要处理数据时才活跃，其余时间可以处于节能的暂停状态。
4. **四相单轨握手协议**：这是一种用于在两个或多个异步处理单元之间同步数据交换的协议。该协议确保数据在被接收方读取之前，发送方知道数据已被正确接收。"四相"指的是协议分为四个步骤，而"单轨"指的是数据和握手信号在同一物理连接上进行传输。
5. **Muller C单元**：这是异步电路设计中的一个重要概念，它是一种基本的存储单元，可以在多个输入信号到达时维持状态，直到另一个有效信号输入为止。它通常用于构建异步状态机和实现GALS系统。
6. **逻辑锁定技术**：这是一种在FPGA上实现硬件描述语言（HDL）的编译技术，能够将逻辑函数锁定在FPGA的一个特定区域，以减少信号传播时间和延迟，同时避免信号之间的冒险问题。
7. **Verilog HDL**：这是一种用于电子系统的硬件描述语言，允许工程师通过文本描述电路的结构和行为，并通过仿真来验证设计。
现在，让我们深入探讨文档提到的具体实现细节：
文档中提到的设计基于查找表（LUT）的异步状态保持单元，在商业FPGA中实现，这涉及到了在FPGA的LUT结构基础上构建自定义的异步逻辑。LUT是FPGA中的一种基本构建块，通常用于实现组合逻辑功能。通过使用LUT，作者能够设计出能够在没有全局时钟的情况下工作的异步存储单元。
接口电路和时钟暂停电路是GALS系统的关键部分，它们允许系统在不需要处理数据时暂停工作，这样可以减少能耗并减少电磁干扰。此外，文档还提到了利用Quartus软件的逻辑锁定技术来实现无冒险C单元库，这意味着通过软件辅助优化逻辑布局和布线，来消除可能的冒险问题。
利用状态机设计的计数器作为同步模块，基于四相单轨握手协议来实现GALS系统。这意味着在同步模块之间采用了严格的同步机制来确保数据的一致性和完整性。
整个设计流程详细地展示了如何在常规FPGA上实现复杂的异步逻辑电路，克服了常规FPGA在异步电路设计中普遍存在的冒险和延迟问题，并成功实现了一个具有低功耗和高吞吐量特性的GALS系统。这一成果对于现代电子系统设计，尤其是对于需要高度同步和低功耗的应用，具有重要的实际意义和参考价值。
