动态可重构专用片上网络拓扑结构生成算法研究
发布时间：2021-07-21 16:53
随着半导体工艺技术的发展,片上系统中集成的IP核（知识产权模块）数量快速增长,使得片上系统互连通信变得异常复杂,基于总线的传统通信架构已不能满足片上系统的通信需求。与基于总线通信架构相比,基于包交换的片上网络通信架构具有可预测性和可扩展性等优势,逐步成为片上系统全局互连通信问题的有效解决方案。对于包含众多IP核的异构片上系统而言,专用片上网络与通用的规整片上网络相比具有功耗、面积和性能优势。但因专用片上网络拓扑结构是针对具体应用的峰值带宽需求和通信延迟约束来设计的,带来了网络资源的浪费,增加了网络功耗。很多研究者提出了在专用片上网络设计中引入动态可重构技术来动态改变网络拓扑结构,以此来适应不断变化的通信需求,进一步降低通信功耗,增加专用片上网络的灵活性。但专用片上网络拓扑生成问题是一个NP困难问题,因此本文的重点是研究专用片上网络拓扑自动生成算法;并针对具有高带宽通信需求和低带宽通信需求的两种不同通信特征应用,分别提出了动态可重构专用片上网络拓扑生成算法,论文主要贡献点如下:专用片上网络拓扑生成中的路径分配算法研究。在满足物理链路带宽约束、路由器端口数约束和通信流网络延迟约束条件下,以...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
SoC总线通信架构的发展
实现了数据计算和通信的分离，从体系结构上解决了基于总线通信架构所??带来的问题。??图１．２给出了一个基于片上网络通信架构的片上系统示例，其主要由两部分??组成：??？计算节点：如处理器、储存器、１０设备、数字信号处理单兀等ＩＰ核模块，??以完成片上系统的计算和储存等任务；??？通信节点：主要包括路由器（Ｓｗｉｔｃｈ）和网络接口（ＮＩ）。网络接口?ＮＩ负责??将待传输的数据封装成特定格式的数据包传输到网络中，或者从网络中接??收数据包并恢复成原始数据，然后将数据传输到目的１ｐ核；路由器Ｓｗｉｔｃｈ??主要功能是实现ＩＰ核之间的数据通信，完成数据包的路由转发工作。??Ｃｐｕ?ＮＩ?—ＮＩ?ＤＭＡ??Ｃｏｐｒｏｃ?ＮＩ?广?＾?ｓｗｉｔｃｈ?ＮＩ?Ｅｔｈｎｔ??￣￣１／?￣?＇＇＇＇＾ｓｗｉｔｃｈ?）??＾［ｓｗｉｔｃｈ／?／?￣￣１?人?——????ＩＩ?／?］?ＮＩ?ＤＭＡ??Ｖ?ｓｗｉｔｃｈ?ｙ｜?ＮＩ?Ｉ?ＭＰＥＧ?？???．?ｎｏｃ?Ａ－ｙ?????ＤＲＡＭ?ＮＩ??图１．２基于ＮｏＣ通信架构的片上系统??片上网络ＮｏＣ注重以数据传输为中心的设计，采用数据包交换或电路交换??的方式在ＩＰ核之间传输数据，以替换传统的点对点的和基于总线的系统互连架??构。基于片上网络的通信架构相比较于基于传统总线的通信架构，具有以下优??点［６－８］：??．通信效率高：片上网络技术实现了数据计算和数据通信相分离的设计
根据片上网络拓扑结构的特点，可以将片上网络大体上分为两大类：（１）规??整拓扑结构片上网络；（２）不规整拓扑结构片上网络。??图１．３给出了常见的规整拓扑结构片上网络——网状结构（２Ｄ?Ｍｅｓｈ）和环??状结构（Ｔｏｒｕｓ）的示意图，其中黑色矩形框表示资源节点ＩＰ核，白色矩形框表??示路由器（集成了网络接口?ＮＩ），每个ＩＰ核分配一个路由器以此实现丨Ｐ核之间??的数据通信。??？ｍｌ??Ｌｔ—ｏ—ｏ—??（ａ）网状拓扑结构?（ｂ）环状拓扑结构??图１．３规整拓扑结构的片上网络??规整拓扑结构片上网络ＮｏＣ的特点总结如下：??？结构简单，设计周期短，易于实现，具有很好的可重用性；??？通常一个路由器只对应一个ＩＰ核。??然而，在复杂的异构多核片上系统中，大量数据计算工作通常由专门硬件??完成以改善系统能效，因此除了通用ＣＰＵ、数字信号处理单元、存储器单元等，??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]RF/wireless-interconnect: The next wave of connectivity[J]. TAM SaiWang,CHANG Mau-Chung Frank. Science China（Information Sciences）. 2011(05)
[2]印制线拐角的频域分析[J]. 路宏敏,安晋元,赵益民,朱满座. 西安交通大学学报. 2007(12)
[3]片上通信结构——共享总线和NoC的分析与比较[J]. 周文彪,张岩,毛志刚. 计算机工程与应用. 2007(15)
博士论文
[1]专用片上网络设计关键技术研究[D]. 葛芬.南京航空航天大学 2010
[2]片上网络拓扑结构与通信方法研究[D]. 刘有耀.西安电子科技大学 2009
硕士论文
[1]动态可重构系统中任务调度与布局算法研究[D]. 徐晓东.中国科学技术大学 2017
[2]基于FPGA的动态可重构NoC系统研究与实现[D]. 葛昀.南京航空航天大学 2013
本文编号：3295412
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
SoC总线通信架构的发展
实现了数据计算和通信的分离，从体系结构上解决了基于总线通信架构所??带来的问题。??图１．２给出了一个基于片上网络通信架构的片上系统示例，其主要由两部分??组成：??？计算节点：如处理器、储存器、１０设备、数字信号处理单兀等ＩＰ核模块，??以完成片上系统的计算和储存等任务；??？通信节点：主要包括路由器（Ｓｗｉｔｃｈ）和网络接口（ＮＩ）。网络接口?ＮＩ负责??将待传输的数据封装成特定格式的数据包传输到网络中，或者从网络中接??收数据包并恢复成原始数据，然后将数据传输到目的１ｐ核；路由器Ｓｗｉｔｃｈ??主要功能是实现ＩＰ核之间的数据通信，完成数据包的路由转发工作。??Ｃｐｕ?ＮＩ?—ＮＩ?ＤＭＡ??Ｃｏｐｒｏｃ?ＮＩ?广?＾?ｓｗｉｔｃｈ?ＮＩ?Ｅｔｈｎｔ??￣￣１／?￣?＇＇＇＇＾ｓｗｉｔｃｈ?）??＾［ｓｗｉｔｃｈ／?／?￣￣１?人?——????ＩＩ?／?］?ＮＩ?ＤＭＡ??Ｖ?ｓｗｉｔｃｈ?ｙ｜?ＮＩ?Ｉ?ＭＰＥＧ?？???．?ｎｏｃ?Ａ－ｙ?????ＤＲＡＭ?ＮＩ??图１．２基于ＮｏＣ通信架构的片上系统??片上网络ＮｏＣ注重以数据传输为中心的设计，采用数据包交换或电路交换??的方式在ＩＰ核之间传输数据，以替换传统的点对点的和基于总线的系统互连架??构。基于片上网络的通信架构相比较于基于传统总线的通信架构，具有以下优??点［６－８］：??．通信效率高：片上网络技术实现了数据计算和数据通信相分离的设计
根据片上网络拓扑结构的特点，可以将片上网络大体上分为两大类：（１）规??整拓扑结构片上网络；（２）不规整拓扑结构片上网络。??图１．３给出了常见的规整拓扑结构片上网络——网状结构（２Ｄ?Ｍｅｓｈ）和环??状结构（Ｔｏｒｕｓ）的示意图，其中黑色矩形框表示资源节点ＩＰ核，白色矩形框表??示路由器（集成了网络接口?ＮＩ），每个ＩＰ核分配一个路由器以此实现丨Ｐ核之间??的数据通信。??？ｍｌ??Ｌｔ—ｏ—ｏ—??（ａ）网状拓扑结构?（ｂ）环状拓扑结构??图１．３规整拓扑结构的片上网络??规整拓扑结构片上网络ＮｏＣ的特点总结如下：??？结构简单，设计周期短，易于实现，具有很好的可重用性；??？通常一个路由器只对应一个ＩＰ核。??然而，在复杂的异构多核片上系统中，大量数据计算工作通常由专门硬件??完成以改善系统能效，因此除了通用ＣＰＵ、数字信号处理单元、存储器单元等，??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]RF/wireless-interconnect: The next wave of connectivity[J]. TAM SaiWang,CHANG Mau-Chung Frank. Science China（Information Sciences）. 2011(05)
[2]印制线拐角的频域分析[J]. 路宏敏,安晋元,赵益民,朱满座. 西安交通大学学报. 2007(12)
[3]片上通信结构——共享总线和NoC的分析与比较[J]. 周文彪,张岩,毛志刚. 计算机工程与应用. 2007(15)
博士论文
[1]专用片上网络设计关键技术研究[D]. 葛芬.南京航空航天大学 2010
[2]片上网络拓扑结构与通信方法研究[D]. 刘有耀.西安电子科技大学 2009
硕士论文
[1]动态可重构系统中任务调度与布局算法研究[D]. 徐晓东.中国科学技术大学 2017
[2]基于FPGA的动态可重构NoC系统研究与实现[D]. 葛昀.南京航空航天大学 2013
本文编号：3295412
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