支持虚通道动态分配的片上网络路由器研究

发布时间：2017-07-29 10:03

  本文关键词：支持虚通道动态分配的片上网络路由器研究

  更多相关文章： 片上网络 虚通道分配 路由器架构 低延时

【摘要】：作为一种全新的IC芯片设计体系架构,片上网络(NoC)通过借鉴计算机网络技术的思想,解决了存在于片上系统(SoC)中的扩展性差、时钟管理难、地址空间有限等问题。在不久的将来,NoC设计技术极有可能取代SoC,成为IC芯片设计的主流解决方案。路由器是NoC系统的核心部件,直接决定整个网络的性能。本文以支持虚通道动态分配的NoC路由器作为研究目标,对该类路由器架构设计基础与组成模块进行了详尽的分析与探索。并针对此类路由器通信流水线过长、通道分配仲裁多等导致的延时问题,提出了一种支持虚通道动态分配的低延时片上网络路由器架构。设计将Speculation和Lookahead两种低延时策略应用到支持虚通道动态分配的NoC路由架构上,形成混合低延时路由。该路由架构主要从三个方面,实现了低延时的要求：其一,Speculation,该策略针对已经在快速虚通道(VC)分配模块完成VC分配的微片,控制交换开关分配器(SA)仲裁启动,达到虚通道分配器(VA)与SA并行执行的目的,降低了节点内数据包处理延时；其二,快速分配模块,可提前快速实现VC分配,有助于更好的实现VA与SA的并行,其通过与下一个时钟周期的快速分配请求信号进行必要的逻辑操作,实现输出端口与VC分配控制信号的快速产生；其三,Lookahead,该策略通过在上一路由提前实现部分微片进行路由计算,将带有路由计算结果的bypass微片与普通微片一起路由到本级路由,到达本级路由的bypass微片会被缓存在输入通道,无需在经过路由计算,此过程减轻了本级路由流水线第一级的路由计算的压力,降低了节点间的网络转发延时。本文通过BookSim2.0模拟平台,在吞吐量与网络延时两个方面,对提出的混合低延时路由器架构进行了性能评估。并在相同的拓扑结构、路由算法、初始虚通道数目等条件下,对比了Speculation与Lookahead两种低延时策的性能效果。试验结果显示,本文提出的混合低延时路由架构,在延时、吞吐量上均优于另外两种低延时策略,证明了该架构设计方案的可行性与正确性。
【关键词】：片上网络 虚通道分配 路由器架构 低延时
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN47
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-12
• 第一章 绪论12-16
• 1.1 课题研究背景与意义12-13
• 1.1.1 研究背景12-13
• 1.1.2 研究意义13
• 1.2 国内外研究现状13-14
• 1.2.1 国外研究现状13-14
• 1.2.2 国内研究现状14
• 1.3 主要研究内容和创新点14-15
• 1.4 论文结构安排15-16
• 第二章 片上网络的基础研究16-28
• 2.1 NoC拓扑结构16-18
• 2.1.1 相关基础概念16-17
• 2.1.2 拓扑结构的分类17-18
• 2.2 路由算法18-19
• 2.2.1 路由算法的分类18-19
• 2.2.2 算法设计原则19
• 2.3 数据交换机制19-22
• 2.3.1 虫洞路由20-21
• 2.3.2 虚通道21-22
• 2.4 支持虚通道技术的NoC路由器22-26
• 2.4.1 路由器架构23-24
• 2.4.2 路由计算24
• 2.4.3 虚通道分配器24-25
• 2.4.4 交换开关分配器25-26
• 2.5 本章小结26-28
• 第三章 NoC虚通道动态分配策略研究28-36
• 3.1 支持虚通道动态分配的NoC路由架构28-29
• 3.2 虚通道数量可变控制29-30
• 3.3 VA与SA仲裁30-31
• 3.4 UBS和UCL31-34
• 3.4.1 VC控制表32
• 3.4.2 微片读写指针逻辑32-33
• 3.4.3 VC和Slot ID跟踪器33-34
• 3.4.4 VC令牌分配器34
• 3.5 路由流水线分析34
• 3.6 本章小节34-36
• 第四章 支持虚通道动态分配的低延时NoC路由器36-44
• 4.1 路由架构设计与分析37
• 4.2 低延时控制37-42
• 4.2.1 Speculation策略38
• 4.2.2 VA与SA的并行仲裁38-40
• 4.2.3 快速分配模块40-41
• 4.2.4 Lookahead策略41-42
• 4.3 路由流水线分析42-43
• 4.4 本章小节43-44
• 第五章 基于BookSim2.0的NoC仿真44-54
• 5.1 相关仿真软件研究44-45
• 5.2 BookSim2.0简介45-46
• 5.3 BookSim2.0 NoC建模分析46-50
• 5.3.1 配置文件说明49-50
• 5.4 实验结果与性能分析50-52
• 5.4.1 网络平均延时50-51
• 5.4.2 网络吞吐量51-52
• 5.5 本章小节52-54
• 总结与展望54-56
• 参考文献56-60
• 攻读学位期间发表的论文60-62
• 致谢62

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本文编号：588582