多核系统的片上网络（NoC）架构设计与实现

论文摘要

为克服由于无限制地提升处理器时钟带来的功耗问题,当今的CPU普遍采用了多核设计作为高性能处理器的解决方案。多核系统普遍采用对称多处理器(SMP)结构。IBM的千万亿次计算机系统在一个SMP节点上容纳了8个CPU。但是当进一步增加节点的处理器数目时,遇到了前所未有的困难,人们开始研究探索新的总线结构。于是片上网络的概念在1999年被提出,其思想就是借鉴计算机网络的设计理念,将分组交换等关键技术引入到多核系统设计中。目前片上网络尚处于早期的理论研究阶段,研究内容主要包括:拓扑结构、交换策略、基于片上网络的系统设计方法及后端实现等方面。本课题旨在设计、实现一个以片上网络为架构的多处理器系统体系结构,提供一个真实的试验平台。本论文涉及的工作主要包括:1、从理论上研究了基于片上网络的多处理器结构;2、提出并实现了单发单收总线和单发多收总线的多处理器节点;3、利用Mesh型网络拓扑结构进行多处理器系统扩展;4、设计实现了一个片上外设—硬盘控制器;5、运用工具软件搭建了一个基于片上网络的片上多处理器系统,并完成了相关的验证工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 1 本课题研究的背景和意义
• 2 论文完成的工作
• 3 论文的组织
• 第一章 绪论
• 1.1 并行处理发展趋势——片上网络
• 1.1.1 SoC 概述
• 1.1.2 片上网络的产生及概念
• 1.1.3 片上网络主要研究内容
• 1.1.4 基于通信的NoC 设计
• 1.2 ATA/ATAPI-6 标准简介
• 1.2.1 物理层定义主要内容
• 1.2.2 传输层定义主要内容
• 1.3 试验平台及工具软件介绍
• 1.4 基于FPGA 的数字系统设计方法
• 第二章 NOC 体系结构设计
• 2.1 NOC 参考模型设计
• 2.2 NOC 物理层、数据链路层协议的设计
• 2.2.1 物理层设计
• 2.2.2 数据链路层设计
• 第三章 基于NOC 的多处理器节点设计
• 3.1 拓扑结构设计
• 3.2 资源网络接口的分析、设计、实现及仿真验证
• 3.2.1 系统分析
• 3.2.2 系统设计
• 3.2.3 系统实现及仿真
• 3.3 信道仲裁单元分析、设计、实现及仿真验证
• 3.3.1 系统分析
• 3.3.2 系统设计
• 3.3.3 系统实现及仿真验证
• 3.4 多处理器节点的深度扩展
• 3.4.1 深度扩展方案设计
• 3.4.2 交换节点分析、设计、实现及仿真
• 第四章 片上外设—硬盘控制器的设计
• 4.1 系统分析
• 4.1.1 应用环境分析
• 4.1.2 系统功能定义及实现方法设计
• 4.2 系统设计
• 4.2.1 PIO 模块设计
• 4.2.2 Ultra DMA 模块设计
• 4.2.3 控制模块设计
• 4.3 系统实现及验证
• 4.3.1 系统实现
• 4.3.2 系统验证
• 第五章 基于片上网络架构的MPSOC 搭建及板级验证
• 5.1 MICROBLAZE 处理器子系统的创建
• 5.1.1 创建基本系统
• 5.1.2 添加OPB 总线接口模块
• 5.2 MPSOC 的搭建
• 5.3 MPSOC 的板级验证
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文完成的主要工作
• 6.2 存在的问题和进一步需要研究的内容
• 参考文献
• 致谢
• 攻读研究生期间发表过的论文