基于虫洞交换技术的片上互连网络路由研究

论文摘要

芯片制造技术的不断发展,系统芯片的规模也将不断增大。总线和点到点的互连将不能适应系统芯片的继续发展。片上互连网络具有良好的地址空间扩展性,提供很好的并行通信能力;并以分组交换作为基本通信技术,采用全局异步局部同步的通信机制很好解决单一时钟问题,将从体系结构上彻底解决片上总线带来的问题。传输延时是网络性能的重要指标,路由算法很大程度上决定片上互连网络的传输延时,影响片上互连网络的性能。首先分析了基于虫洞交换技术的片上互连网络路由算法存在的一些问题:固定维序路由当出现竞争时,只能等待,直到链路空闲方可继续前进。热土豆路由在路由器从不等待,任意选择一个空闲的端口进行发送,但却有活锁问题。这两种算法都加大了网络延时。然后利用了相邻路由结点之间提供的竞争感知信号,提出了一种竞争预测的自适应路由算法,从理论上分析了其能减小传输延时的合理性;并且设计了一个支持该算法的基于二维网格的片上互连网络,给出了片上路由器的逻辑结构。最后在充分研究SystemC如何仿真片上互连网络的基础上,使用SystemC编写片上互连网络的仿真程序。该程序很好的反映了片上互连网络分层的特点,可以方便的集成不同路由算法进行仿真,并支持路由器缓冲区大小的修改,是一个可参数配置的片上互连网络仿真程序。在设置相同缓存空间的情况下,仿真结果显示,竞争预测路由算法的传输延时明显优于热土豆路由算法,也优于传统的固定维序路由算法,尤其是在竞争多发的情况下。表明竞争预测路由算法能够有效的降低竞争发生率,减小网络的传输延时。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 研究内容
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 论文的结构
• 第2章 片上总线与片上网络
• 2.1 基于IP的SOC设计
• 2.1.1 IP核
• 2.1.2 IP核的重用
• 2.2 片上互连方法
• 2.2.1 片上总线结构
• 2.2.2 几种片上总线架构
• 2.2.3 片上互连的转变
• 2.2.4 片上网路
• 2.2.5 片上互连网络体系结构
• 2.3 小结
• 第3章 片上互连网络路由分析与算法改进
• 3.1 片上互连网络路由算法设计特点
• 3.2 片上网络路由机制
• 3.2.1 查找表路由
• 3.2.2 基于源的路由
• 3.2.3 固定维序路由
• 3.3 片上互连网络的交换技术
• 3.3.1 交换技术
• 3.3.2 数据格式
• 3.4 虫洞交换技术下的死琐与活锁问题分析
• 3.4.1 死锁问题
• 3.4.2 活锁问题
• 3.5 竞争预测路由算法
• 3.5.1 竞争感知
• 3.5.2 竞争预测路由
• 3.5.3 基于竞争预测路由的算法描述
• 3.6 小结
• 第4章 基于二维网格的竞争预测路由
• 4.1 引言
• 4.2 片上互连网络拓扑结构研究
• 4.3 流量控制
• 4.3.1 缓存
• 4.3.2 虚通道
• 4.4 片上路由器的结构
• 4.5 小结
• 第5章 二维网格环境下竞争预测路由的仿真
• 5.1 引言
• 5.2 SystemC
• 5.2.1 SystemC特点
• 5.2.2 SystemC交易级建模基本原理
• 5.3 片上网络仿真平台构成
• 5.3.1 NOCSimulator的SystemC实现
• 5.4 仿真平台的具体配置
• 5.5 仿真结果及分析
• 5.6 小结
• 结论
• 1.本文工作总结
• 2.下一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士期间发表论文与项目实践
• 附录B System C仿真程序的部分源代码