片上通信模型及其映射方法的研究与实现

片上通信模型及其映射方法的研究与实现

论文摘要

随着SoC集成度的不断提高,总线结构已经不能满足未来设计对片上通信和可扩展性的要求,片上网络(NoC)已经成为下一代片上通信的基本结构。然而,目前制约NoC广泛应用的主要问题在于数据包传输的延迟过大,无法对通信可靠性给出切实的保证。因此,如何设计高效、可靠的通信模型是解决NoC实用化的关键问题。此外,NoC的可扩展性的体系结构适应于动态可重构的多应用设计,可针对于动态可重构的NoC研究才刚刚开始,系统重构过程中容易出现通信混乱,可靠性无法保证等问题。不仅如此,对于这种面向多应用的NoC的设计方法的研究也并不成熟,严重影响了这个方向的发展。针对以上SoC设计中亟待处理的问题,本论文提出了一种新的片上通信模型GNLB,它在网络通信的基础上,引入了局部通信思想,并建立了网络DMA通信机制,使片上通信的效率大大提高,可靠性得到了一定的保证;它有效利用了网络接口对通信的控制,采用请求-应答的方式实现了对重构的控制,保证了重构过程中系统的稳定;它在路由接口处加入异步的FIFO,从而在保证通信效率的同时,又实现对片上多时钟域的支持;更重要的是,它还拥有一套完整的面向多应用的设计方法,降低了设计的复杂性,缩短了产品开发周期,有利于NoC技术实用化进程。实验结果表明,采用GNLB通信模型的系统完成论文中给出的不同任务模型所需的时间,优于基于总线结构和2D-Mesh实现的系统,平均分别可节省25%、36%的时钟周期;基于GNLB实现的系统的通信部分所消耗的资源明显小于基于2D-Mesh所消耗的资源;采用基于GNLB的设计方法映射后的通信代价优于其它同类方法,在映射论文中给出的应用模型时,比其它方法约减少了36%-39%的通信代价。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景
  • 1.1.1 片上系统SoC发展
  • 1.1.2 片上网络NoC概述
  • 1.2 研究现状分析
  • 1.2.1 片上通信
  • 1.2.2 动态可重构的设计
  • 1.3 主要研究内容及价值
  • 1.4 论文结构
  • 第2章 GNLB片上通信模型
  • 2.1 GNLB体系结构
  • 2.2 GNLB结构的理论研究
  • 2.3 GNLB模型特性
  • 2.3.1 动态可重构
  • 2.3.2 网络DMA通信机制
  • 2.3.3 片上多时钟域
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 网络接口的设计
  • 3.1 引言
  • 3.2 网络接口内部结构
  • 3.3 NI外部接口
  • 3.3.1 总线接口
  • 3.3.2 路由接口
  • 3.3.3 可重构接口
  • 3.4 NI控制逻辑
  • 3.4.1 主模块NI控制逻辑
  • 3.4.2 从模块 NI 的控制逻辑
  • 3.5 帧格式
  • 3.6 数据传输
  • 3.7 综合结果
  • 3.7.1 面向FPGA设计的综合结果
  • 3.7.2 面向 ASIC 设计综合结果
  • 3.8 本章小结
  • 第4章 面向多种应用的NoC映射方法
  • 4.1 引言
  • 4.2 设计方法概述
  • 4.3 问题定义
  • 4.4 设计流程
  • 4.4.1 多应用的预处理
  • 4.4.2 多种应用间的组合
  • 4.4.3 数据流图分组
  • 4.4.4 NoC映射
  • 4.5 实验结果
  • 4.5.1 实验系统模型
  • 4.5.2 评估目标及比较方案
  • 4.5.3 结果与分析
  • 4.6 本章小结
  • 第5章 GNLB通信效率评估
  • 5.1 实验平台
  • 5.2 系统任务模型
  • 5.3 结果和分析
  • 5.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 致谢
  • 相关论文文献

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