[發明專利]一種可動態切換工作模式的片上網絡路由器及方法

有效

• 申請號: 201710713464.0
• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN107454003B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 葛芬;吳寧;周芳;童心田;盧昊;賁睿;王磊
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04L12/771
• 分類號: H04L12/771;G06F1/32;G06F15/173;G06F15/78
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱楨榮

技術領域

本發明涉及多核處理器片上系統技術領域，特別是一種可動態切換工作模式的片上網絡路由器及方法。

背景技術

隨著多核處理器片上系統(Multiprocessor System-on-Chip,MPSoC)中集成的處理器核越來越多，基于數據包傳輸方式的片上網絡(Network-on-Chip，NoC)為各處理器核之間的互連提供了高效、可靠的通信架構。伴隨處理器核數目的不斷增多，片上暗硅(Dark-Silicon)問題也隨之出現，即為了維持多核系統性能不超過散熱設計功耗，部分處理器核需要處于關閉狀態或者不能持續長時間的運行周期。針對暗硅問題，已有的解決方案均集中于優化片上處理器核的功耗，而沒有考慮片上互連的優化設計。

然而，若對片上互連不進行優化設計，片上網絡組件(路由器、網絡接口)就必須一直保持在工作狀態，否則被隨意關閉的路由器會阻止節點間地數據包傳輸以及對共享資源的訪問，且會使得片上網絡功耗開銷在片上資源功耗開銷中所占的比例進一步上升。由于路由器是片上網絡互連架構中的重要組件，也是互連網絡中消耗功耗最多的部分，故設計低功耗的片上網絡路由器是面向暗硅問題中優化片上互連設計的重要手段。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足而提供一種可動態切換工作模式的片上網絡路由器及方法，本發明可動態切換于多種工作模式的片上網絡路由器包括直通模式、無緩存模式和混合緩存模式三種工作模式，可依據多核處理器片上系統不同的運行狀況和通信負載在各種工作模式間動態切換。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

根據本發明提出的一種可動態切換工作模式的片上網絡路由器，包括電源門控PG控制器、第一至第三門控模塊、直通模塊、輸入端口、輸入端口控制模塊、輸入混合緩存區、路由模塊、輸出端口控制模塊和輸出端口；所述路由模塊包括路由計算模塊、仲裁分配模塊和交叉開關模塊，所述輸入端口包括東輸入端口、西輸入端口、南輸入端口、北輸入端口和本地輸入端口，輸出端口包括東輸出端口、西輸出端口、南輸出端口、北輸出端口和本地輸出端口；PG控制器與第一至第三門控模塊的輸入端分別連接，第一至第三門控模塊的輸出端分別與輸入混合緩存區、路由模塊、直通模塊分別連接，第一至第三門控模塊、輸入端口控制模塊、輸出端口控制模塊分別與電源連接；其中，

PG控制器，用于根據關斷信號en和第一喚醒信號wu1、第二喚醒信號wu2、第三喚醒信號wu3的狀態產生第一門控信號PG1、第二門控信號PG2和第三門控信號PG3；第一門控信號PG1輸出至第一門控模塊，第二門控信號PG2輸出至第二門控模塊，第三門控信號PG3輸出至第三門控模塊；當路由器所連的資源內核無任務執行時，關斷信號en為1；當路由器所連的資源內核有任務執行時，關斷信號en為0；

第一至第三門控模塊，用于根據各自接收的第一門控信號PG1、第二門控信號PG2、第三門控信號PG3，來決定輸出的虛擬電源Vdd1、Vdd2、Vdd3的值，以實現對其所連的輸入混合緩存區、路由模塊、直通模塊的門控；

直通模塊包括計數器、注入率計算函數器、第一閾值比較器和直通單元；其中，

計數器，用來對當前路由器中到來的完整數據包進行計數，得到數據訪問次數cnt1；輸出cnt1和經歷的總時鐘周期數至注入率計算函數器；

注入率計算函數器，用于根據cnt1和經歷的總時鐘周期數計算得到當前的數據包注入率rate，輸出rate至比較器；

第一閾值比較器，用于將rate和設定第一閾值進行比較，得到第一喚醒信號wu1并將其輸入到PG控制器中；

仲裁分配模塊包括輸入仲裁模塊、偏轉判斷模塊、偏轉數目計數器、偏轉率計算函數模塊、第二閾值比較器、競爭判斷模塊、競爭數目計數器、競爭率計算函數模塊和第三閾值比較器；其中，

輸入仲裁模塊，用于在多個輸入端口請求相同的最佳輸出端口情況下，采用仲裁算法進行仲裁，控制交叉開關模塊進行輸入端口和輸出端口的數據交換；產生的微片仲裁結果輸出至偏轉判斷模塊和競爭判斷模塊；

偏轉判斷模塊，用于根據產生的微片仲裁結果，得到偏轉信號def，偏轉信號def輸出至偏轉數目計數器；當def值為0則代表此時無微片爭奪情況產生，不會有任何微片被偏轉；當def值為1則表示有偏轉情況產生；

偏轉數目計數器，用于當有偏轉情況產生即def值為1，偏轉數目信號def_num的值就加1，輸出偏轉數目信號def_num至偏轉率計算函數模塊；