基于黑总线传输技术的虫洞路由设计

论文摘要

随着片上多处理系统（MPSoC）成为新一代SoC的主流设计,片上网络（Network-on-chip,NoC）技术受到越来越多的关注。NoC是一个弹性的、可延展性的芯片微网络,网络的吞吐率和延迟是两个主要性能指标。研究适合于片上网络（NoC）的高吞吐量和低延迟的路由传输方式,能有效提高网络传输效率。在简单回顾了片上网络的背景知识后,论文分析比较了数据交换机制和路由方式,最终选择了虫洞的路由交换方式。在虫洞路由中,数据包以切片（flit）的方式传输,不仅减少了在每个开关处的存储转发延迟,而且占用较少的缓存空间。然而,虫洞路由中却存在固有的“死锁”问题。针对这一不足,文章讨论了几种防“死锁”的策略,最后选择了确定路由来防止“死锁”,并采用了黑总线的传输技术。在黑总线中,提出了本地ID概念,这个ID号缚在原始数据中作为路由信息。与传统数据传输方式不同,这个本地标识是在专门的数据线上传送的,由此避免了在节点上复杂的包生成过程。而且,仅有一个小的本地标识来标记到达的目的地,中间的路由节点可以改变这个标签来解决本地物理通道上的冲突。在节点设计当中,分别对传统的虫洞路由以及基于黑总线传输技术的虫洞路由建模。在数据包格式的设计上,基于黑总线技术的数据包省略了传统数据包的包头,包尾。用一根本地的ID线标识数据切片传送的方向,减少了在节点处的解包过程,提高了传输效率。为了评估传统虫洞路由与基于黑总线传输技术的虫洞路由的网络性能,采用2D-mesh网络进行仿真。测试结果显示,当网络比较繁忙的时候,无论在网络延迟和网络吞吐率上,基于黑总线传输技术的虫洞路由比传统的虫洞路由都提高了近30%的效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 SoCs 的发展
• 1.2 片上网络（NoC）
• 1.3 论文结构及内容安排
• 第二章 片上网络基础知识
• 2.1 片上网络拓扑结构
• 2.1.1 直接网络拓扑
• 2.1.2 间接网络拓扑
• 2.2 交换机制
• 2.2.1 存储转发交换（store-and-forward）
• 2.2.2 偏转路由（deflection routing）
• 2.2.3 虚拟直通（virtual cut-through）
• 2.2.4 虫洞交换（wormhole switching）
• 2.3 路由算法
• 2.3.1 确定路由
• 2.3.2 自适应路由
• 2.4 死锁及其消除策略
• 2.4.1 死锁
• 2.4.2 消除死锁策略
• 2.5 小结
• 第三章 黑总线传输机制
• 3.1 提出背景
• 3.2 黑总线的路由的原理
• 3.2.1 黑总线特征
• 3.2.2 黑总线路由原理
• 3.3 数据包的设计
• 3.4 基于2D-mesh 互补结构路由表
• 3.5 黑总线路由优势
• 第四章 路由节点设计
• 4.1 路由节点体系结构
• 4.2 片上网络节点
• 4.3 路由缓冲区设置
• 4.4 基于黑总线的路由节点设计
• 4.4.1 基于黑总线传输数据包设计
• 4.4.2 路由节点设计
• 4.5 黑总线机制下路由节点与传统路由节点区别
• 4.5.1 传统数据包设计
• 4.5.2 路由节点设计
• 4.6 小结
• 第五章 黑总路线路由的FPGA实现以及测试
• 5.1 仿真工具简介
• 5.1.1 Quartus II 简介
• 5.1.2 ModelSim 仿真工具
• 5.1.3 Verilog HDL 硬件描述语言简介
• 5.2 仿真平台
• 5.3 单节点测试
• 5.3.1 资源比较
• 5.3.2 延迟比较
• 5.4 网络测试
• 5.4.1 测试原理
• 5.4.2 测试方法
• 5.5 小结
• 第六章 结论
• 6.1 工作总结
• 6.2 未来研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果