[發明專利]全節點虛通道的片上網絡環形拓撲數據交換方法及其系統

無效

• 申請號: 201010122327.8
• 申請日: 2010-03-11
• 公開（公告）號: CN101789892A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 潘赟;顏曉峰;嚴曉浪;陳雷;薛念;周升
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04L12/42
• 分類號: H04L12/42;H04L12/46;H04L12/56
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強

技術領域

本發明涉及一種芯片上網絡系統的通信方式，特別涉及到環形拓 撲網絡中數據的傳輸和交換的控制方法及其系統。

背景技術

隨著半導體制造技術的進步，在一個芯片上可以集成的功能模塊 越來越多，而芯片內部各個模塊之間的通信效率正逐漸成為影響性能 的重要因素。

在傳統的片上系統中，各模塊之間通常通過共享總線技術進行通 信。但隨著芯片內部復雜度增加，各模塊之間通信任務加重，傳統總 線式的數據傳輸漸漸不能滿足需要。因此另一種被稱為片上網絡的技 術逐漸受到人們關注。該技術將傳統計算機互聯網數據交換的思想用 在了單個芯片上，各個硬件資源通過交換節點，以片上網絡的方式交 換數據。與一般總線相比，片上網絡有諸多優勢，如支持各個部件的 并行通信，有更大的數據帶寬；可以根據不同拓撲更方便地增加或減 少節點，可擴展性更強；使用全局同步局部異步機制，解決時鐘同步 困難的問題等。

片上網絡的拓撲結構有環形，二維網格，樹形等。其中，環形拓撲 的最大優勢在于實現簡單，硬件開銷小，尤其是在嵌入式應用中更容 易做到節省面積降低功耗。然而傳統的環形拓撲片上網絡存在多個缺 點。例如，當數據在某個節點被堵塞時，其后的所有數據都會被阻塞， 降低了環的傳輸效率。即使采用了一般的虛通道方式，也只能防止該 節點引起的阻塞，無法解決多個節點共同形成的隊頭阻塞。如何利用 有限的資源，盡量提高環形拓撲片上網絡的通信效率，不僅牽涉到環 形系統本身的傳輸方式設計，也牽涉到交換節點內部的微架構。

發明內容

為了克服已有片上網絡環形拓撲結構的無法解決多個節點共同形 成的隊頭阻塞、通信效率較低的不足，本發明提供一種能夠有效解決 多個節點共同形成的隊頭阻塞、提高通信效率的全節點虛通道的片上 網絡環形拓撲數據交換方法及其系統。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種全節點虛通道的片上網絡環形拓撲數據交換方法，在所述片 上網絡環形拓撲結構中，存在N個交換節點，N為自然數，N個交換 節點形成環形拓撲結構，每個交換節點內存在并行的N-1條虛通道， 分別對應來自上一節點的N-1種地址的數據，所有節點中以某個目標 地址節點對應的虛通道組成一個虛擬環，所有發送至該目標節點的數 據均通過該虛擬環發送；

當輸入FIFO模塊和虛通道同時數據發送至下一節點時，根據優 先級配置選擇其中一路數據，發送至物理通道，另一路反饋以阻塞信 號，當下一節點收到數據時，產生反饋信號給上一節點，當收到表示 阻塞的反饋信號時，虛通道通過換路，選取其他存在數據的虛通道進 行傳輸。

作為優選的一種方案：所述N-1條虛通道分為兩組，分別用在逆 時針環和順時針環上。

進一步，當節點數N為奇數時，逆時針環和順時針環上均配置 (N-1)/2條虛通道；當節點數N為偶數時，逆時針環和順時針環上 分別配置(N-2)/2和N/2條虛通道。

作為優選的另一種方案：當數據從起始節點發出后，下一節點在 接收時根據地址信息將數據存放到相應的虛通道中，使用固定地址模 式：每個節點內需要配置一個單獨的地址表，將每個虛通道對應其后 節點的地址，此時每次轉發時無需更改地址；在數據到達目的節點之 后，最后轉發至與其相連的本地資源以供處理使用，完成一次數據傳 輸。

或者是：當數據從起始節點發出后，下一節點在接收時根據地址 信息將數據存放到相應的虛通道中，使用遞減地址模式：每個節點內 可以采用同樣的虛通道地址分配表，第i條虛通道對應該節點后第i 個節點，i為自然數，此時在每次轉發數據時需要自動將地址減1，在 數據到達目的節點之后，最后轉發至與其相連的本地資源以供處理使 用，完成一次數據傳輸。

每條虛通道至少存在1個基本數據單位，并有附加的虛通道空滿 狀態位。

采用時分復用的形式共享節點之間的物理通道，所述虛通道對應 獨立的緩存資源。

一種全節點虛通道的片上網絡環形拓撲數據交換系統，包括N個 交換節點，N為自然數，N個交換節點形成環形拓撲結構，

所述交換節點包括并行的N-1條虛通道、仲裁器和輸入輸出FIFO 模塊，所述N-1條虛通道分別對應來自上一節點的N-1種地址的數據， 所有節點中以某個目標地址節點對應的虛擬道組成一個虛擬環，所有 發送至該目標節點的數據均通過該虛擬環發送；