20世纪下半叶以来,随着集成电路工艺水平的不断进步和IP核复用技术的出现,SoC(Systems on Chips,即片上系统)芯片正逐渐成为当前设计的主流。由于特征尺寸的不断缩小和系统复杂度的增加,利用单一时钟或其它全局信号均难以将时钟偏斜控制到理想的范围内。同时,为了将信号同步到统一的时钟上,复杂庞大的时钟网络系统消耗的功率远多于所必需的。在这种情况下,异步设计的思想被重视起来。目前,由于缺乏成熟的异步设计EDA工具,将一个复杂的SoC系统完全异步化是非常困难的。在这种情况下,GALS(Globally Asynchronous and Locally Synchronous,即全局异步局部同步)设计思想应运而生。GALS是一种半异步化技术,该技术利用异步接口实现不同时钟域间的数据交换。实际上,GALS技术的发展与应用是SoC设计完全异步化的一种趋势。本文从SoC系统设计所面临的主要问题入手,分析了同步技术的局限性,讨论了异步技术在低功耗、无时钟偏斜、高速率、模块化性能等方面的优势。并针对当前异步SoC的设计水平,分析了在实际中应用异步技术可能遇到的问题。在此基础上,本文详细介绍了异步设计的原理以及异步系统中电路级模块信号传递的典型模型。重点讨论了异步接口的设计理论问题,深入研究了基于握手协议实现异步接口的方法。通过理论研究,本文提出一种基于存储器和状态机实现异步握手控制接口电路的全新方案。该方案应用于GALS系统,利用同步设计的思路实现异步设计的功能,实现简单且可移植性强。在基于FPGA的开发平台QuartusⅡ5.0环境下,借助Verilog HDL描述语言,用此方案设计了基于四相捆绑握手协议的异步FIR滤波器接口电路,以及基于两相捆绑握手协议的CORDIC(Coordinate Rotational Digital Computer,即坐标旋转计算机)算法接口电路。通过对设计进行波形仿真以及结果分析,验证了此方案的可行性。此外,基于握手控制的思想,本文还提出一种利用握手信号同步地址指针的异步FIFO设计方案,并在QuartusⅡ5.0环境下完成对此方案的设计与验证。结果表明,本方案在地址指针数目不受限等方面具有独特的优势。