[發明專利]基于無緩沖區路由器架構的片上網絡拓撲結構的構建方法

有效

• 申請號: 201410014217.8
• 申請日: 2014-01-13
• 公開（公告）號: CN103746913A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 方娟;冷鎮宇;于璐
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H04L12/721
• 分類號: H04L12/721;H04L12/28;H04L12/931
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明屬于計算機體系結構領域，具體涉及一種基于無緩沖區路由器架構的片上網絡拓撲結構的構建方法。

背景技術

隨著單芯片多處理器架構集成了越來越多的核心，為了使片上的各個部件得以協同工作，部件間的通信質量就變得至關重要。片上網絡作為芯片上部件通信的媒介，其低延遲、低能耗、高可擴展性等方面是片上網絡研究的核心之處。

數據包在拓撲結構中通信所通過的路由器數量及路徑長度直接影響片上網絡的平均延遲及整體能耗。通過的路由器數量越多、路徑長度越大，延遲就愈高、能耗也愈高；反之亦然。

無緩沖區路由器架構消除了原有的片上網絡路由器中的緩沖區（Buffer），降低了可觀的總體能耗。然而，由于將路由器中的Buffer消除，微片無法暫存于路由器中，因此進入路由器的微片必須馬上轉發到其它的路由器或核心。如若遇到多個微片競爭同一條通道的情況，優先級高的微片被允許進入通道，而其它的微片將偏轉到其它的通道，就可能偏離了最優的線路。這種偏離勢必增加了平均延遲與整體能耗，而且偏轉到其它路由器的微片有可能與其它的微片再次產生競爭，進入到一個惡性循環之中。

以往對于無緩沖區路由器的研究僅將其用于現有的拓撲結構中，并未考慮到拓撲結構是否適用于無緩沖區路由器架構。

發明內容

為了克服現有的拓撲結構在使用無緩沖區路由器架構時平均延遲及能耗過高的不足，本發明在集中式網狀結構（Concentration?Mesh，簡稱CMesh）的基礎上，提出了一種基于無緩沖區路由器架構的集中式網狀與總線相結合的網絡拓撲結構（CMesh-Bus）的構建方法。

為實現上述目的，本發明采取如下技術方案：在現有的集中式網狀拓撲結構的基礎上，在每行及每列上引入總線，將該行及該列上的所有路由器連接在一起，構成了冗余的集中式網狀-總線結構，減少了微片因為沖突發生偏轉時偏離最優線路的概率。

具體的構建方法如下：

步驟1，將每個路由器與4個本地核心相連。

步驟2，將路由器布置為最接近正方形的矩形陣。

步驟3，將每個路由器與其沿橫向和縱向相鄰的路由器通過數據通道連接在一起，每兩個路由器之間設置雙向線路。形成集中式的網狀結構。

步驟4，將每行和每列上的所有路由器通過兩條雙向總線連接在一起，形成集中式網狀-總線結構。

所述集中式網狀-總線結構，既可使數據通過步驟3構建的網狀線逐步進行傳輸，也可使數據通過步驟4構建的雙向總線直接到達目的地，可大大降低數據包偏轉到其它的行或列的概率，減少對其它數據包傳輸的影響，降低整個片上網絡的平均延遲及能耗。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1.對于每兩個沿橫向或縱向相鄰的路由器，均通過4條路徑互相連接，使這兩個路由器在通信的過程中總有備份線路存在。數據傳輸路徑有了更多的選擇，降低了沖突的可能性。

2.對于單個行或列上的多個路由器來說，既可以通過網狀線一步一步地傳輸數據，也可以通過總線直接到達目的地。使數據包在傳輸過程中因路徑選擇發生沖突的情況下，其中一個數據包可以選擇總線傳輸，另外一個可以選擇網狀線傳輸，二者均未偏離最優線路，降低了數據包偏轉到其它的行或列的概率，減少了對其它數據包傳輸的影響，從而降低了整個片上網絡的平均延遲及能耗。

附圖說明

圖1為集中式網狀拓撲結構示意圖；

圖2為本發明實施例構建的集中式網狀-總線拓撲結構示意圖；

圖3為本發明實施例數據包第1個傳輸周期的示意圖；

圖4為本發明實施例數據包第2個傳輸周期的示意圖；

圖5為本發明實施例數據包第3個傳輸周期的示意圖；

圖6為本發明實施例數據包第4個傳輸周期的示意圖；

圖7為本發明實施例數據包第5個傳輸周期的示意圖；

圖8為本發明實施例數據包第6個傳輸周期的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步說明。

目前廣泛使用的集中式網狀拓撲結構如圖1所示。本發明是在現有的集中式網狀拓撲結構的基礎上，在每行及每列上引入總線，將該行及該列上的所有路由器連接在一起，構成冗余的集中式網狀-總線結構。其構建方法包括以下步驟：

步驟1，將每個路由器與4個本地核心相連。

圖1中，每個小正方形代表一個核心，大正方形代表路由器，將核心每4個一組與一個本地路由器相連。

步驟2，將路由器布置為最接近正方形的矩形陣。