[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

技術領域

本發明涉及一種適用于全局異步局部同步片上互連網絡的路由器裝置。

背景技術

隨著集成電路工藝的不斷進步，單芯片上能夠集成的知識產權核越來越多，系統對通信帶寬的需求也越來越大。在傳統的芯片中，通常使用總線作為各個設備之間通信的主要結構，然而一條總線同時只能支持一對設備之間的通信，總線帶寬不會隨著總線設備數目的增加而增加，卻面臨著延遲和功耗增大等問題，已經無法滿足各知識產權核之間的通信需求。于是，研究人員借鑒并行計算機互連網絡技術，提出片上互連網絡用于取代總線為片上各個知識產權核提供通信服務。片上互連網絡成為大規模片上互連的優選解決方案之

路由器是構成片上互連網絡的核心部件，數據包以跳步的形式經過路徑上的每一個路由器到達目的地。在片上互連網絡中，通常采用蟲孔交換。數據包以微片為基本單位在網絡中傳輸，一個數據包可以劃分為一個頭微片，若干個體微片和一個尾微片，按順序依次在網絡中傳輸。數據包需要申請路由器中的資源以通過路由器向下一跳路由器傳輸，所需的資源包括下一跳路由器的虛通道緩存和本級路由器的交叉開關使用權。虛通道緩存的分配以數據包為單位，由數據包的頭微片申請，一個數據包內的所有微片共用同一個虛通道緩存，并且只能使用該虛通道緩存，虛通道緩存被一個數據包使用時，其他數據包不能使用該虛通道緩存。交叉開關的分配以微片為單位，數據包中的每個微片都需要獨立地申請交叉開關的使用權。通常，數據包通過路由器包括如下5個步驟：

1)寫緩存：路由器在輸入通道中提供緩存用于暫時存儲數據包中的微片。一個輸入通道提供多個虛通道緩存用于存儲來自不同數據包的微片。虛通道之間共享路由器的物理鏈路。在路由器之間傳輸微片的同時，需要傳輸微片所要寫入的虛通道編號，路由器根據虛通道編號將微片寫入相應的虛通道緩存。微片將一直保存在虛通道緩存中，直到它可以離開路由器繼續傳輸。

2)路由計算：數據包的頭微片包含路由信息，當頭微片從虛通道緩存中讀取后，路由器提取頭微片中的路由信息，計算數據包的輸出端口。

3)虛通道分配：數據包根據路由計算的結果，向相應輸出端口的虛通道分配器申請一個與該輸出端口連接的下一跳路由器中的虛通道。可能同時存在多個虛通道請求，虛通道分配器將在請求之間做出仲裁，選擇出獲得仲裁的請求，并返回該請求可以使用的虛通道編號。

4)交叉開關分配：數據包獲得下一跳路由器虛通道的使用權后，頭微片向位于同一個輸出端口的交叉開關分配器申請交叉開關的使用權。可能同時存在多個交叉開關請求，交叉開關分配器將在請求之間做出仲裁，選擇出獲得仲裁的請求，允許其使用交叉開關。

5)通過路由器：當微片贏得了交叉開關仲裁后，離開虛通道緩存通過路由器向下一跳路由器傳輸。

對于體微片和尾微片，它們通過路由器時不需要經過步驟2和3。同一個數據包內的所有微片擁有相同的路由結果并使用同一條虛通道。尾微片離開虛通道時，將釋放由頭微片保留的虛通道。

對上述5個步驟進行流水化處理可提高路由器的工作頻率，每個步驟成為一個流水級依次執行，在網絡零負載的條件下，一個微片通過路由器需要5個時鐘周期。

為了減小網絡的傳輸延遲，需要縮小微片通過路由器的延遲。在不影響路由器工作頻率的前提下，縮短路由器的流水級數可以達到目的。縮短流水級的方法是流水級的并行執行。

與本發明相關的現有技術具體如下：

1、現有技術一的技術方案：

現有的路由器為了使微片從虛通道中讀取后直接進入虛通道分配階段，采用前瞻路由。前瞻路由要求在上一跳路由器中計算下一跳路由器中使用的路由結果，并通過路由器之間的物理通道把路由計算結果傳輸給下一跳路由器。路由計算結果和微片一起寫入虛通道緩存。微片從虛通道緩存讀取的同時，讀取路由計算結果，用于虛通道分配。該技術需要擴展虛通道緩存的位寬，用于保存路由計算的結果，增加的位寬等于路由計算結果信號的位寬。微片和路由計算結果從虛通道緩存中讀取后，路由計算結果用于虛通道分配，如果微片是頭微片，則對微片在下一跳路由器中將使用的路由結果進行計算。讀取后的微片和下一跳路由器中使用的路由計算結果一起傳輸至下一跳路由器。前瞻路由的實現如圖1所示，每個虛通道需要配置一個路由計算單元。與常見的5級流水路由器相比，前瞻路由的物理開銷在于路由器之間用于傳輸路由結果的物理連線和虛通道緩存中用于保存路由計算結果的寄存器開銷。

其存在著以下缺點：