[發(fā)明專利]一種基于FPGA的片上網(wǎng)絡(luò)路由器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210186400.7
• 申請(qǐng)日: 2012-06-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102685017A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許川佩;任智新;莫瑋;唐海;胡聰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L12/56
• 分類號(hào): H04L12/56
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 45107
• 代理人: 陳躍琳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及片上多處理器核間通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于FPGA的片上網(wǎng)絡(luò)路由器。

背景技術(shù)

片上系統(tǒng)是目前較為成熟的集成電路設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)思想是從系統(tǒng)的整體出發(fā)，在單個(gè)芯片上完成整個(gè)系統(tǒng)的功能。隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，芯片也朝著小型化、復(fù)雜化的方向迅速發(fā)展。片上系統(tǒng)規(guī)模的進(jìn)一步增大使得集成在單一芯片上IP核的數(shù)量越來(lái)越多，需要更高的帶寬來(lái)滿足系統(tǒng)的要求。然而金屬線寬和間距的減小，不僅帶來(lái)線上寄生電阻的增加，同時(shí)導(dǎo)致線間耦合電容的增大，嚴(yán)重限制了總線帶寬并使功耗急劇增加。使片上系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了通信能力難以滿足系統(tǒng)需求、全局時(shí)鐘難以同步等問(wèn)題，制約了集成在單一芯片上IP核的規(guī)模和數(shù)量。

片上網(wǎng)絡(luò)（Network-on-chip，NoC）借鑒了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的思想，用路由和分組交換技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的總線通訊方式，組成具有計(jì)算、通信功能的完整系統(tǒng)。同時(shí)，使用全局異步局部同步(Globally?Asynchronous?Locally?Synchronous--GALS)機(jī)制，每一個(gè)資源節(jié)點(diǎn)都工作在自己的時(shí)鐘域，而不同的資源節(jié)點(diǎn)之間則通過(guò)OCN進(jìn)行異步通訊，很好地解決了總線結(jié)構(gòu)的單一時(shí)鐘同步問(wèn)題，從而徹底解決了龐大的時(shí)鐘樹(shù)所帶來(lái)的功耗和面積問(wèn)題。

路由節(jié)點(diǎn)作為片上網(wǎng)絡(luò)的重要組件，負(fù)責(zé)根據(jù)源節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的地址，按照一定的路由算法分配路徑，實(shí)現(xiàn)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信。路由節(jié)點(diǎn)是構(gòu)建片上網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，其性能的好壞對(duì)片上系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和性能起著至關(guān)重要的作用。與并行計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相比，片上網(wǎng)絡(luò)有著嚴(yán)格的功耗和資源的限制，所以要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、資源使用率低、高效、低功耗和可復(fù)用的片上網(wǎng)絡(luò)路由器對(duì)組建片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于FPGA的片上網(wǎng)絡(luò)路由器，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、資源使用率低、低功耗和可復(fù)用的特點(diǎn)，并可以通過(guò)IP復(fù)用技術(shù)組成通信網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用在片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種基于FPGA的片上網(wǎng)絡(luò)路由器，通過(guò)IP復(fù)用將多個(gè)路由器連接在一起，組成通信網(wǎng)絡(luò)。上述每個(gè)路由器主要由交換開(kāi)關(guān)和n+1個(gè)方向的端口鏈路模塊組成，其中n是與當(dāng)前路由器相鄰路由器的個(gè)數(shù)；

交換開(kāi)關(guān)，負(fù)責(zé)路由器內(nèi)部各端口鏈路模塊之間的數(shù)據(jù)交換；

每個(gè)方向的端口鏈路模塊均包括輸入虛通道緩存模塊、虛通道控制器、路由譯碼器和請(qǐng)求仲裁器；其中，

輸入虛通道緩存模塊，包括虛通道寫(xiě)選擇器、虛通道、虛通道讀選擇器；虛通道寫(xiě)選擇器，根據(jù)虛通道控制器給出的虛通道號(hào)選擇要寫(xiě)的虛通道；虛通道讀選擇器，根據(jù)路由譯碼器給出的虛通道號(hào)選擇要要讀的虛通道；虛通道由至少2個(gè)并接在虛通道寫(xiě)選擇器和虛通道讀選擇器之間的異步先進(jìn)先出數(shù)據(jù)緩存器組成，用以緩存上個(gè)路由器轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)；

虛通道控制器，在收到上個(gè)路由器的相鄰方向請(qǐng)求仲裁器發(fā)出的請(qǐng)求信號(hào)后，根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況選擇一條虛通道同時(shí)給上個(gè)路由器應(yīng)答信號(hào)；

路由譯碼器，在虛通道中有數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)虛通道使用情況選擇由虛通道控制器送來(lái)的頭微片信息，調(diào)用路由計(jì)算函數(shù)并得出下一跳的方向，向?qū)?yīng)方向發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)，建立輸入與輸出方向的鏈路；

請(qǐng)求仲裁器，當(dāng)有多個(gè)方向的路由譯碼器向同一個(gè)方向發(fā)請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，用輪詢的方式，選擇其中一個(gè)方向的請(qǐng)求信號(hào)作為最終請(qǐng)求信號(hào)，擁有輸出通道的使用權(quán)，并向下個(gè)路由器發(fā)送申請(qǐng)。

上述方案中，所述交換開(kāi)關(guān)由n+1個(gè)n選1的多位多路選擇器構(gòu)成。

上述方案中，所述虛通道寫(xiě)選擇器和虛通道讀選擇器最好均由一個(gè)多路選擇開(kāi)關(guān)構(gòu)成。

上述方案中，虛通道最好由4個(gè)并接在虛通道寫(xiě)選擇器和虛通道讀選擇器之間的異步先進(jìn)先出數(shù)據(jù)緩存器組成。

上述方案中，所述多個(gè)路由器最好采用規(guī)則二維網(wǎng)格即2D-Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相互連接。

上述方案中，與當(dāng)前路由器相鄰路由器的個(gè)數(shù)為4個(gè)（n=4），即每個(gè)路由器包括5個(gè)方向的端口鏈路模塊組成，這5個(gè)方向的端口鏈路模塊分別為東方向端口鏈路模塊、南方向端口鏈路模塊、西方向端口鏈路模塊、北方向端口鏈路模塊和本地方向端口鏈路模塊。