[發(fā)明專利]一種二維環(huán)繞網格片上網絡拓撲結構的路由方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510341674.2
• 申請日: 2015-06-18
• 公開（公告）號: CN105049362B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設計）人: 史江義;舒浩;李釗;馬佩軍;王禛;吳冰冰;余文哲;張春焱
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L12/751
• 分類號: H04L12/751;H04L12/721
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心61205
• 代理人: 韋全生,王品華

技術領域

本發(fā)明屬于電子物理技術領域，更進一步涉及微電子集成電路技術領域中的一種二維環(huán)繞網格片上網絡的拓撲結構以及相應的性能優(yōu)先和開銷優(yōu)先路由方法技術。本發(fā)明采用了流量控制器連接各個路由節(jié)點構成片上網絡拓撲結構，同時根據(jù)不同的應用要求使用性能優(yōu)先和開銷優(yōu)先兩種不同的路由方法，使得本發(fā)明的片上網絡路由方法可以很好的提升路由性能和減小片上網絡的面積和功耗開銷。

背景技術

片上網絡NoC(Network-on-Chip)借鑒了計算機網絡通信的思想，由路由和包交換技術替代了傳統(tǒng)的總線通訊方式，實現(xiàn)了處理單元(IP核)與通信結構(網絡)的分離，解決了SoC(System-on-Chip)的總線結構所固有的三大問題：(1) 由于地址空間有限而引起的可擴展性問題；(2)由于分時通訊而引起的通訊效率問題；(3)由于全局同步而引起的功耗和面積問題。在NoC中，每個節(jié)點與一個路由器相連接。路由器通過局部互連線與其他臨近的路由器相連接，節(jié)點之間的通訊需要經過多個跳步。微處理器的設計也將從以計算為中心逐漸過渡到以通訊為中心。

現(xiàn)有的片上網絡結構主要分為2D和3D兩大類，其中2D中主要包括二維網狀片上網絡(2D mesh)、樹形(Tree)和蝶形(Butterfly)等拓撲結構，其中二維網狀片上網絡結構(2D Mesh)的規(guī)則性和易擴展性，有利于布局布線，因此有關片上網絡很多的路由算法、容錯、服務質量、功耗等問題的研究都是基于 Mesh結構及變型結構。

西安郵電學院擁有的專利技術“一種星簇雙環(huán)片上網絡拓撲結構”(申請?zhí)?CN200810232464.X，授權公告號CN101420355 B，公開日為2009.04.29)中公開了一種星簇雙環(huán)片上網絡拓撲結構，該發(fā)明由4m×2k個處理單元和4m個交換節(jié)點組成，每2k個處理單元連接成星型網絡拓撲結構，共得到4m個星型結構；將4m個星型結構中交換節(jié)點連接成DL(2m)互連網絡拓撲結構。該發(fā)明實現(xiàn)了具有正規(guī)性、對稱性、平面性、簡單的交換節(jié)點、良好的可擴展性和較低的網絡成本以及簡單的路由策略，并且減少了處理單元之間的通信距離，減小了系統(tǒng)的延遲并提高了系統(tǒng)的吞吐量。但該發(fā)明因為拓撲結構處理單元和交換節(jié)點之間連接復雜且拓撲結構為復雜的星型結構的組合，提高了芯片上布局布線的復雜度。

西安電子科技大學擁有的專利技術“二維網狀片上網絡系統(tǒng)”(申請?zhí)?201010507200.8，授權公告號CN 102013984 B，公開日為2011.4.13)中公開了一種二維網狀片上網絡系統(tǒng)。該系統(tǒng)用于解決多內核片上系統(tǒng)處理大量數(shù)據(jù)時的傳輸延時和功耗大的問題。該系統(tǒng)包括N個內核、N個路由節(jié)點(N≥2)和一個二級緩存器L2，其數(shù)據(jù)交互方法是：將二級緩存器L2設置在內核外，并采用具有內存接入端口的新型交換開關，使二級緩存器L2通過交換開關中的內存接入端口與處理單元PE交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)所有處理單元PE對二級緩存器L2的共享，并把傳統(tǒng)二維網狀片上網絡系統(tǒng)中處理單元PE之間的寫/讀操作分為從處理單元PE到共享的二級緩存器L2，再從共享的二級緩存器L2到處理單元PE兩步。該專利技術存在的不足是，在傳統(tǒng)交叉開關加入內存接入端口，雖然降低了片上網絡的功耗，但是每個路由節(jié)點依然采用交叉開關陣列來實現(xiàn)數(shù)據(jù)分組的路由，使得硬件資源的開銷增大。

南京航空航天大學申請的專利“一種應用于片上網絡的動態(tài)路徑分配方法及系統(tǒng)”(申請?zhí)朇N201110107693.0，公開號CN102148763A，公開日為2011.08.10) 中公開了一種應用于片上網絡的動態(tài)路徑分配方法及系統(tǒng)，通過實時收集片上網絡中各路由單元的帶寬占用情況和故障信息，并根據(jù)網絡狀態(tài)動態(tài)調整通信任務的路由路徑，使之繞開擁塞和故障的鏈路。分配系統(tǒng)包括接收控制器、故障管理模塊、通信任務管理模塊、節(jié)點序列記錄模塊、路徑映射模塊、路徑管理模塊、發(fā)送控制器；能在片上網絡存在鏈路擁塞和永久性故障的情況下優(yōu)化通信任務的路由路徑，平衡網絡負載，降低數(shù)據(jù)包阻塞率，有利于改善片上網絡在鏈路擁塞和故障狀態(tài)下的性能。該專利技術存在的不足之處是，系統(tǒng)模塊多且復雜，使得電路的面積和功耗開銷很大，而且數(shù)據(jù)傳輸時不是非最短路由路徑，使得延遲增加。

發(fā)明內容