基于Mesh算法的异步NoC设计与实现

发布时间：2020-03-24 23:59

【摘要】：随着半导体行业的飞速发展与纳米级的制造工艺的到来,集成电路芯片设计上能运用更为复杂的电子系统,来满足目前高性能的集成电路芯片的需要。一种借鉴计算机通讯网络的全新集成电路体系结构,NoC(Network on Chip)片上路由网络应运而生,通过资源节点、路由节点之间数据路由的方式实现电路芯片内部各个资源节点间的通信。本文首先对NoC路由机制的基本理论和基本原理进行了分析,并且分别对路由算法、路由拓扑结构、仲裁器进行了深入的研究与比较,在充分调研与分析以后,选取了具有良好的扩展性、规律性、健壮性的Mesh算法作为基本路由算法,并定制拓扑结构,实现了具有路由路径唯一且可预测特征的XY路由算法。在仲裁算法的实现和设计上,采取了公平性强的轮询仲裁器。并通过对同步电路与异步电路的深入比较与分析,在控制电路的设计上采用了事件驱动的Click异步控制器,避免了同步电路设计在整体时钟控制下工作造成的大负荷、功耗浪费、时钟漂移、电路延时等问题。以上算法采用异步微流水线控制机制实现,NoC路由机制基于规则的Mesh网状结构,每个路由节点采用四向点到点的路由通信方式,资源节点与路由节点通过本地IO端口互联,最终实现资源节点到资源节点间的信息交互的目的。整个电路设计采用Xilinx公司的Vivado开发工具对设计进行实现与仿真,文中对1×1,2×2,4×4的基于Mesh算法的异步NoC设计进行实现,在路由节点的逻辑结构设计上分别采用了串行与并行两种设计思路,最终对实验结果进行比较与分析。最后,本文运用上述异步NoC机制实现改进的Booth乘法器设计。并通过Xilinx公司的Vivado开发工具对基于异步NoC机制的Booth设计进行实现与仿真,并对改进的Booth乘法器的计算性能进行了分析。从而验证了异步Mesh网络的NoC路由电路的实用性与正确性。
【图文】：

异步电路,状态保持,逻辑实现,锁存器

将事件与通信分离的机制，从根本上解决了电路时序入手，在电路分析时配合使用相对时序分析的手段，保证着这些异步控制器的不断发展，使得异步电路的设计变步电路的优势日益凸显[53]。 CElement 异步控制器步电路与同步电路最大的区别是有无时钟信号，在多数有效的，所以信号的跳变会对整个电路的功能产生影响，路设计中要解决的首要难题[25]。根据竞争冒险理论，竞是电路信号的变化并没有传递到另一个信号上，或者说信干扰或者屏蔽，CElement 的出现很好的解决了这个问题ller 在 1955 年提出，是目前应用最为广泛的异步控制单元捆绑”的握手协议，但是由于这种电路在握手通讯过程中束，导致后期需要进行大量的时序验证工作才能保证电

流水线

A B C0 0 00 1 KEEP1 0 KEEP1 1 1通过 CElement 的逻辑实现以及逻辑表达式得到表 1 中真值表，仅当输入端A 和 B 两者均为 0 时，输出端 C 将变为 0；当两者的值均为 1 时，输出端才为 1；此外的情况下，输出值将一直保持不变。与同步电路不同的是，在 CElement 的控制中没有一个统一的离散时间信号，电路模块之间的通信或者流水操作都是通过逐级流水握手信号完成的。Mulle流水电路的结构如图 1.2 所示，其包括控制电路 CElement 和功能电路模块，在控制电路中包含两路控制：请求信号 Req 和应答信号 Ack，，前者主要是启动一个操作，而后者表示操作的完成。
【学位授予单位】：广西民族大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN47

【参考文献】