论文部分内容阅读
随着集成电路工艺的发展，片上系统芯片内部常用的总线互联结构成为制约系统性能的瓶颈。片上网络(Networks-on-Chip，NoC)成为片上互联的设计趋势。片上网络系统的设计方法从传统的以计算为中心转变为以通信为中心，因此，芯片内部的通信问题对整个系统的性能、面积和功耗有着重要的影响，成为片上网络的关键研究点。本论文以此为主题进行了深入研究，提出了新颖的、适用于片上网络通信的算法和结构。论文的主要研究内容与贡献包括：
1.研究了片上网络系统中的现有算法、结构、设计方法学等，选取其中可以借鉴的部分，组成了一个采用规则二维网格结构的片上网络模型，并给出了其采用的系统架构和关键技术等。
2.提出了一种基于列举和禁忌搜索的复合路径分配算法，用于片上网络编译中的映射阶段，该算法能够在给定映射下快速有效地进行路径分配，并将其应用到了禁忌搜索映射算法当中，对映射算法做了部分修改，以提高性能时间比。实验表明，该复合路径分配算法提高了满足约束的路径被搜索到的概率，优化了映射后系统的通信功耗，且具有较短的运行时间。
3.提出了一种新颖的应用于片上网络的双通道路由器，使用分开的数据包通道和控制包通道，能够在相同的约束下达到更好的性能。经过实验对比，双通道路由器相比于传统的单通道路由器和虚通道路由器可以达到更好的吞吐量和平均延时性能。每个路由器的电路规模仅2.05万门。
4.提出了一种适用于由双通道路由器组成的片上网络系统的网络接口。该网络接口符合AMBA总线协议，能够根据IP核的通信请求，自动选取通信方式，向IP核隐藏通信细节，方便可重用设计；并且可以充分利用双通道路由器中控制包通道与数据包通道分离的特点。该网络接口的电路规模为6.38万门。
5.在论文中提出的双通道路由器和网络接口的基础上，对这两个通信关键组件加入容错功能，提出了一整套适用于片上网络通信故障的处理机制。该机制由基于硬件的暂时性故障包重传机制和软硬件结合的永久性故障检测、诊断、恢复机制组成。实验证明，它能够比较全面的对片上网络通信中出现的故障进行处理、恢复。对容错涉及到的容错路由器和容错网络接口进行了硬件实现，相比于没有容错功能的路由器和网络接口，面积仅增加38％。