[發(fā)明專利]片上網(wǎng)絡路由器的低開銷分配結構及分配方法

無效

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• 申請日: 2012-09-10
• 公開（公告）號: CN102857445A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發(fā)明（設計）人: 顧華璽;黃忠凡;楊銀堂;王琨;高茸;付希松
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L12/911
• 分類號: H04L12/911
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發(fā)明屬于通信技術領域，具體涉及一種用于路由器中虛信道分配和開關分配的片上網(wǎng)絡路由器的低開銷分配結構及分配方法。

背景技術

隨著CMOS工藝步入納米級，單個芯片上可以集成數(shù)十億晶體管，片上系統(tǒng)（SoC）設計越來越復雜，片上系統(tǒng)芯片集成的IP核也越來越多，如何處理好多核之間的通信問題日益得到關注。傳統(tǒng)的總線結構嚴重制約著性能提升，因為總線結構存在以下兩個方面瓶頸：（1）帶寬限制。雖然總線可以有效的連接多個IP核，但總線地址資源并不能隨著IP核的增加而無限擴展，并且總線無法支持一對以上的IP核同時通信，當多個IP核競爭一條總線時，會造成嚴重阻塞。（2）時鐘問題。隨著集成特征尺寸進入納米級，納米工藝所帶來的物理效應問題將使得片上全局同步越來越困難，時鐘將會產(chǎn)生偏斜變得無法控制，芯片無法正常工作。

近年來，為了克服上述問題，借鑒計算機網(wǎng)絡的思想，研究人員將網(wǎng)絡的概念引入到芯片中，提出的片上網(wǎng)絡（NoC）結構有效的解決了總線結構的諸多問題。片上網(wǎng)絡主要包括路由器，路由器之間的互連鏈路和網(wǎng)絡接口，IP核通過網(wǎng)絡接口與路由器相連。數(shù)據(jù)在片上網(wǎng)絡中的傳輸須通過路由器進行轉發(fā)，因此路由器是影響片上網(wǎng)絡性能的關鍵。

傳統(tǒng)虛信道路由器包括P個輸入與輸出單元，一個路由計算單元，一個虛信道分配單元，一個開關分配單元和一個交叉開關。傳統(tǒng)虛信道路由器采用4級流水線設計，分別是路由計算、虛信道分配、開關分配和開關傳輸。

首先路由計算單元為數(shù)據(jù)計算出要去往的輸出端口，然后虛信道分配單元才能為該數(shù)據(jù)分配一個該輸出端口可用的虛信道。虛信道分配成功后再進行開關分配，為該數(shù)據(jù)配置交叉開關，鏈接相應的輸入端口和輸出端口。最后根據(jù)配置成功的通道進行開關傳輸，離開當前路由器。虛信道分配與開關分配是傳統(tǒng)虛信道路由器傳輸數(shù)據(jù)必不可少的兩步，并且虛信道分配與開關分配各占一級流水線，因此它們分配所需要的時延占了微片通過路由器所需要的總時間的一半，時延比重較大，而路由器時延是衡量路由器性能的重要參數(shù)之一。

傳統(tǒng)虛信道路由器的虛信道分配能同時將同一輸出端口的多個輸出虛信道分配給不同的輸入虛信道請求，而開關分配遵循兩步仲裁原理，它的第二階段分配是從同一輸出端口的多個被成功分配的輸出虛信道中仲裁一個，這導致了虛信道分配工作相對于開關分配而言，存在重復性。

傳統(tǒng)虛信道路由器的虛信道分配第二階段總共有P*V個P*V:1仲裁器，仲裁器的大小和數(shù)目都會隨著端口數(shù)或者虛信道數(shù)的變大而急劇增加，因此虛信道分配所占路由器資源比重較大。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提出一種片上網(wǎng)絡路由器的低開銷分配結構及分配方法，該結構合并虛信道分配單元與開關分配單元，以解決傳統(tǒng)虛信道路由器虛信道分配單元占用的資源比重大，虛信道分配與開關分配的工作重復和虛信道分配與開關分配的分配時延大的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明片上網(wǎng)絡路由器的低開銷分配結構為：由兩步分配結構組成，其中第一步分配結構分布在輸出端口，包括P個輸出端口分配單元，第二步分配結構分布在輸入端口，包括P個輸入端口分配單元，所述的P個輸出端口分配單元的輸入端與路由計算單元的輸出端相連接，輸出端與P個輸入端口分配單元的輸入端相連，所述的P個輸入端口分配單元的輸出端與交叉開關相連；

所述的每個輸出端口分配單元均包括一個濾除無效新請求模塊，一個PV:1仲裁器模塊和一個簡單虛信道分配模塊；

所述的每個輸入端口分配單元即為一個V:1仲裁器模塊；

所述的濾除無效新請求模塊接收路由計算單元的輸入虛信道請求，并濾除這些請求中無效的請求，將剩下的有效請求送入PV:1仲裁器模塊；

所述的PV:1仲裁器模塊對濾除無效新請求模塊濾除后的有效請求進行開關分配第一步仲裁，將競爭成功的請求送入簡單虛信道分配模塊；

所述的簡單虛信道分配模塊根據(jù)PV:1仲裁器模塊發(fā)送的競爭成功的請求的性質進行虛信道分配處理，將結果輸入至V:1仲裁器模塊完成開關分配的第二步仲裁。

本發(fā)明片上網(wǎng)絡路由器的低開銷分配方法包括以下步驟：

1）第一階段分配，完成開關分配的第一步仲裁和虛信道分配，：

1a）濾除無效新請求模塊接收由路由計算單元輸入的虛信道請求，并調用簡單虛信道分配模塊記錄的虛信道分配信息，根據(jù)記錄的虛信道分配信息判斷輸入虛信道請求的類型，未成功進行過虛信道分配的請求標記為“新請求”，已成功進行過虛信道分配的請求標記為“成功請求”；