[發明專利]適用于全局異步局部同步片上互連網絡的路由器裝置

有效

• 申請號: 201210104961.8
• 申請日: 2012-04-11
• 公開（公告）號: CN102629913A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 劉鵬;錢盛濤;鄔可俊;劉揚帆;黃春明;王維東;姚慶棟
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04L12/56
• 分類號: H04L12/56
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

1.適用于全局異步局部同步片上互連網絡的路由器裝置，其特征是：

所述路由器具有3個流水級，分別為寫緩存和路由計算(BW/RC)、虛通道分配和交叉開關分配(VA/SA)、以及通過路由器(ST)；

該路由器在BW/RC級對微片進行緩存和時鐘域的轉換，并利用時鐘域轉換的延遲對數據包進行路由計算和對計算結果的同步；在VA/SA級以投機的方式同時對虛通道和交叉開關的使用權進行申請，虛通道分配器對虛通道請求做出仲裁，交叉開關分配器只對非投機微片的交叉開關請求進行仲裁，并直接將虛通道請求的仲裁結果直接做為微片投機申請交叉開關的仲裁結果，交叉開關分配器優先選擇非投機交叉開關請求的仲裁結果做為最終的交叉開關分配結果；在ST級，交叉開關選擇器根據交叉開關的仲裁結果，連通相應虛通道的輸入端口至輸出端口，微片離開異步緩存通過路由器。

2.根據權利要求1所述的適用于全局異步局部同步片上互連網絡的路由器裝置，其特征是：

在全局異步局部同步的片上互連網絡路由器中，利用異步先入先出緩存對微片進行時鐘域轉換的延遲對數據包頭微片進行路由計算，并在微片可在異步先入先出緩存的讀端口被讀取時可供后續電路使用；

在路由器的交叉開關分配器中，直接采用虛通道分配的結果做為投機交叉請求的仲裁結果。

3.根據權利要求2所述的適用于全局異步局部同步片上互連網絡的路由器裝置，其特征是：

路由器在網絡中的最小傳輸單位是微片，所述微片由微片頭和載荷兩部分組成；微片頭包含微片的類型、源地址和目的地址信息，載荷為微片傳輸的有效數據；路由器根據每個數據包頭微片中的微片頭中的信息進行路由計算。

4.根據權利要求1、2或3所述的適用于全局異步局部同步片上互連網絡的路由器裝置，其特征是：

所述路由器裝置包括：

多個物理通道用于物理微片的傳輸，物理通道的寬度為一個微片寬度，每個物理通道可以提供多個虛通道，在輸入通道中使用異步先入先出緩存構建虛通道緩存，輸出通道不提供通道緩存，緩存寬度為一個微片寬度，深度可為2的N次方；

多個路由計算單元，分布在輸入通道的入口，根據輸入微片的微片頭信息決定微片的轉發方向，每個輸入通道中的虛通道之間共享一個路由計算單元；

多個輸入信號分配器，根據微片攜帶的虛通道編號將數據和控制信號傳遞給相應的虛通道緩存和虛通道狀態寄存器；

多組虛通道狀態寄存器，用于記錄虛通道的狀態，并擁有相應的邏輯電路根據虛通道狀態寄存器的值產生虛通道請求和交叉開關請求；每條虛通道都擁有獨立的虛通道狀態寄存器和請求產生邏輯；

多個分布式虛通道分配器，每個輸出通道擁有一個虛通道分配器，當同時存在多個虛通道請求時，根據一定的仲裁策略選擇其中一個請求獲得虛通道的使用權；虛通道分配器根據下一跳路由器中虛通道的占用狀態維護一個可被分配的虛通道隊列，從中選擇一條虛通道分配給贏得仲裁的請求；

多個分布式交叉開關分配器，每個輸出通道擁有一個交叉開關分配器，對非投機的交叉開關請求進行仲裁，并使用虛通道分配器的仲裁結果作為投機交叉開關請求的仲裁結果，交叉開關分配器優先選擇非投機交叉開關請求的仲裁結果；

多個分布式交叉開關選擇器，每個輸出通道擁有一個交叉開關選擇器，根據交叉開關分配器的仲裁結果提供輸入虛通道到輸出通道的連接。

5.根據權利要求4所述的適用于全局異步局部同步片上互連網絡的路由器裝置，其特征是：

路由器工作在多個時鐘域，適用于全局異步局部同步的片上互連網絡；路由器每個輸入通道中的異步先入先出緩存的寫端口，路由計算單元、輸入信號分配器和部分虛通道狀態寄存器工作在各自的時鐘域，時鐘信號由與輸入通道相連的上一跳路由器提供；微片通過異步先入先出緩存同步到路由器本地時鐘域，即異步先入先出緩存的讀端口工作在路由器本地時鐘域；路由器中的另一部分虛通道狀態寄存器、虛通道分配器、交叉開關分配器、以及交叉開關選擇器等均工作在路由器的本地時鐘域；路由器中的微片、傳輸請求和控制信號都由路由器本地時鐘域同步后向下一跳路由器輸出，路由器的本地時鐘也同時傳輸到下一跳路由器；路由器的每一個輸入通道都可以連接一個不同時鐘域的信號，構成全局異步局部同步的片上互連網絡；

路由器為每個輸入通道提供一個路由計算單元，使用一定的路由算法對數據包的頭微片進行路由計算；當數據包中的其他微片進入輸入通道時，不需要進行路由計算，直接使用頭微片獲得的路由計算結果；路由計算與微片寫入異步先入先出緩存在同一個時鐘周期進行；在微片傳輸的同時，上一跳路由器提供微片所使用的虛通道號，用于選擇本級路由器中的相應虛通道緩存和狀態寄存器的控制信號；微片寫緩存和路由計算在BW/RC級完成；

路由器為每個輸入通道提供一個輸入信號分配器，根據微片攜帶的虛通道編號，將微片數據寫入相應編號的虛通道緩存，并將路由計算結果寫入相應編號的虛通道狀態寄存器；

路由器為每個虛通道提供一組虛通道狀態寄存器，記錄數據包路由計算的結果、異步先入先出緩存的空滿指示、虛通道的占用狀態、虛通道申請的結果、以及得到的虛通道編號；保存路由結果的寄存器和虛通道滿狀態的寄存器工作在上一跳路由器的時鐘域，其他寄存器均工作在本地路由器的時鐘域；虛通道的滿信號和占用狀態需要反饋給上一跳路由器，用于流量控制和虛通道分配；路由器為每組虛通道狀態寄存器提供相應的邏輯產生虛通道的申請和交叉開關的申請，請求信號在VA/SA級產生；

路由器提供多個虛通道分配器，用于為數據包分配一條下一跳路由器中的虛通道；虛通道分配器根據下一跳路由器反饋的信號維護虛通道分配狀態的列表，虛通道占用狀態是產生于下一跳路由器本地時鐘域的信號，虛通道分配器提供同步器將虛通道占用狀態同步到虛通道分配器所在的時鐘域；當有多個數據包同時申請虛通道時，虛通道分配器中的仲裁單元使用一定的算法選出優先級最高的數據包獲得虛通道的使用權，并將可用虛通道的編號反饋給該數據包所在虛通道的狀態寄存器；虛通道分配器將向交叉開關分配器提供虛通道分配的結果，用于交叉開關的投機申請；虛通道分配的過程在VA/SA級完成；

路由器提供多個交叉開關分配器，每個交叉開關分配器分別控制一個交叉開關選擇器；每個交叉開關分配器具有一個仲裁單元，用于對非投機數據包的交叉開關請求做出仲裁；已經獲得下一跳路由器中虛通道使用權的數據包稱為非投機數據包，未獲得下一跳路由器中虛通道使用權的數據包稱為投機數據包；交叉開關分配器使用虛通道分配器提供的虛通道分配結果做為投機交叉開關請求的仲裁結果；當有非投機數據包參與交叉開關的分配時，選擇非投機的交叉開關請求的仲裁結果做為最終的交叉開關分配結果；當沒有非投機數據包參與交叉開關分配時，選擇投機交叉開關請求的仲裁結果做為最終的交叉開關分配結果；交叉開關分配的過程在VA/SA級完成；

路由器提供多個全連接的交叉開關選擇器，每個交叉開關選擇器負責一個路由器輸出端口；每條虛通道都擁有一個交叉開關選擇器輸入端口，可以直接連接到任意一個交叉開關選擇器的輸出端口；每個交叉開關選擇器的連接配置由交叉開關分配器決定；獲得交叉開關使用權的微片在交叉開關配置完成后離開虛通道緩存到達路由器的輸出端口，該過程在ST級完成。