片上网络（NoC）业务量建模方法及应用研究

发布时间：2020-06-24 19:33

【摘要】：随着半导体集成电路的飞速发展,片上组件数量不断增长,总线通信结构成为芯片设计的瓶颈,为了解决复杂的片上通信问题,业界提出了基于数据包的片上网络通信架构。由于片上通信网络(Network on Chip,No C)的性能高度依赖于实际业务量,因此准确的业务量模型对于网络拓扑、协议及性能评估有重要意义。然而实现实际应用需要时间,且缺乏灵活性,在No C设计初期常常采用基于数学理论构建的分析业务量模型进行评估。本文以片上网络业务量建模方法及应用为研究课题,重点研究了基于自相似理论的No C业务量估计与生成方法、基于多分形理论的No C业务量估计与生成方法、基于拓扑的No C全局业务量建模方法和分形业务量下的缓存优化配置技术等。本文的主要研究内容及贡献如下:论文第二章在分析自相似过程定义及性质的基础上,完成了基于R/S、聚类方差、周期图、Whittle和小波等估计理的No C自相似业务量估计方法设计与性能分析;在论证No C业务量具有自相似特性的基础上完成了No C业务流自相似性形成原因分析;分别提出了基于随机中点置换的No C改进自相似业务流生成方法ISTG-RMD和基于傅里叶变换改进任意分布自相似业务量生成方法IAMDSTG-FT,实验表明,ISTG-RMD和IAMDSTG-FT都能准确的产生自相似No C业务数据流,且IAMDSTG-FT算法能够控制No C自相似业务流的自相关函数衰减变化,从而更加准确的模拟实际No C业务流。论文第三章在分析多分形过程定义及性质的基础上,完成了基于多小波分解与估计的No C多分形业务量多重分形谱估计算法设计与仿真验证,为No C设计者提供多分形业务量特性分析工具;基于多分形小波模型,提出了一种No C多分形业务流生成方法,解决了No C设计实现性能评估中的多分形业务流生成问题;通过实验分析论证了多分形业务量模型在No C业务流局部突发性描述上的优势;完成了基于FPGA的通用No C业务流模拟源设计实现,证明了模拟源的准确性,能够满足No C设计者仿真与测试评估中对No C业务流生成的需求。论文第四章在分析常用No C拓扑结构的基础上,结合自相似和多分形数学理论,完成了MPSo C实现的微观电路结构中常用处理算法对业务流特性影响的建模与仿真分析,得到了6个明确的业务流特性变化结论,为No C设计者进行业务流分析提供参考;结合自相似业务量理论提出了基于统计的脉动处理结构No C业务流特性变化模型SUPFTM,实验表明,该模型能够准确的刻画脉动处理结构下业务流自相似指数的变化;结合No C实现拓扑结构提出了基于节点的多任务No C全局分形业务量模型,为No C设计评估中的业务模拟提供解决方案。论文第五章在对No C路由器结构进行分析的基础上,论证了路由器输入通道缓存优化的必要性;提出了一种自相似业务量下的缓存配置优化方法,实验表明,该优化方法能够极大的降低No C路由器输入通道数据包排队服务等待时间;基于两种关键路径提出了关键路径下的No C缓存配置优化算法,实验表明该算法能够有效降低关键路径上数据包的排队时延。论文第六章基于自适应通信接收机对高速复杂实时信号处理技术及实现架构的需求,在对接收机进行任务划分及任务业务流间数据率、自相似性初步估算的基础上,完成了接收机的No C架构MPSo C实现中缓存优化配置策略初步设计,具有一定的参考价值。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN47
【图文】：

示意图,设计空间,示意图

第一章绪论C 的主要研究内容egie Mellon 大学的 U.Y.Ogras 等人提出了 NoC 设计空间的概念，将 N学研究归纳为基础架构、通讯机制和映射优化三大类关键问题[14]，并具体设计应分为 Hard NoC、Firm NoC 和 Soft NoC 三个层次，如图 1中，Hard NoC 是指基本架构确定且 PE 节点内容也固定的一类 NoC 结构仅为图中矩形部分，可设计余度最小；Firm NoC 是指基本架构确定但度与传输节点缓存大小不确定，其他维度对设计者完全自由的一类 N计者根据应用实现最优映射、调度与任务分配算法、路由方案等，设灵活；Soft NoC 是指设计者需要根据具体应用来优化 NoC 设计空间中，设计灵活性最高但设计难度和工作量也最大。NoC通讯机制

示意图,设计流程,示意图,调度技术

电子科技大学博士学位论文计空间，必须建立精确的业务量模型[16-18]。2）应用映射技术用映射（Application Mapping）主要研究在给定网络拓扑结构的前提下际应用的一系列并行任务 IP Core 分配到各个 PE 上，使得该设计具有（如功耗、面积、散热等）[19,20]。3）应用调度技术用调度（Application Scheduling）是指实际应用的通信和任务调度，主到IP Core的分配问题，以使得片上系统任务调度部分具有更优的能量意识调度技术（Energy-Aware Scheduling Techniques）[21,22]。

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