片上网络感知故障容错路由算法研究

发布时间：2019-09-05 18:19

【摘要】：随着芯片集成度的增加,基于总线通信架构的片上系统(SoC)中多个IP核间的通信成为亟待解决的问题,片上网络(NoC)从系统架构到通讯能力展现出的优势让它成为替代片上系统的必然选择。芯片集成度的提高使得芯片生产过程中出现缺陷和运行中发生故障的可能性随之增加,因此,容错技术成为近年来的研究热点。软件容错因其经济实用、资源可重复利用等成为片上网络首选的容错技术。容错路由算法的选择对片上网络的传输时延、吞吐量等性能有着至关重要的影响。因此,研究容错路由算法对片上网络的发展具有一定的促进作用。本文的主要内容包括:(1)改进NoC中具有标志性的XY路由算法,增加容错功能。分析在2D Mesh结构上实现的XY算法的路由思想,自定义了YX、XYX和YXY路由算法,将这几种算法自适应地应用到整个网络的通信中,均衡网络负载,同时该算法的实现没有使用虚通道,不会增加路由器仲裁难度。本算法依据奇偶转弯模型的思想,将每个路由节点划分为奇节点和偶节点,将故障节点用激活区域包围,把改进的奇偶转弯模型应用到激活区域,制定激活区域内部的路由规则。根据源节点与目的节点的位置将数据流的路由分为四种情况,不仅实现了绕故障传输和减少网络传输时间的目的,而且缓解了XY路由算法引起的X方向负载过重的问题。该算法保证在整个选路过程中不会发生环形资源依赖环,即实现了无死锁。(2)提出了一种基于虚通道的容错路由算法。本算法采用最少的虚通道数,只在Y方向增加两条虚通道,X方向无虚通道。Y方向的虚通道将整个网络划分为两个子网络,使得沿X负方向和正方向传输的数据流分别拥有一条虚通道,最大化的实现虚通道的利用率。每个子网络仍然使用转向模型保证无死锁,但就整个网络而言,是一种全自适应的容错路由算法,这种均匀的转向均衡网络流量。该算法在单节点故障时总能沿着最短路径路由,具有最少的路由跳数,使得网络功耗减少,端到端传输延时达到最小;在多节点故障的情况下,采用改进的优先级算法,结合邻节点拥塞值和扩展的邻居状态寄存器,使得当前节点选路时能够预测第二级邻居节点的状态,使得数据流传输过程中不会发生回退,不仅实现了容错的功能,而且最大程度地获得网络性能,保证高的网络可靠性。(3)搭建基于OPNET软件的仿真模型,验证本文提出的两种容错路由算法。具体包括网络层拓扑结构、物理链路的构建,节点层的模块组成以及节点模型内部重要的源模块、路由模块、销毁模块的设计和各个状态的算法实现。仿真结果显示本文提出的容错路由算法比传统的XY维序路由算法、奇偶算法在延时和吞吐量方面都有一定的提高。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN47

【参考文献】