片上网络通信调度仿真系统的研究与实现

论文摘要

当前,运行在片上系统(SoC)的应用越来越需要大量并行的处理能力,因此集成在SoC上的处理器核的数量、存储容量、面向应用的信号处理器核的数量快速增长,在这种新的多处理器SoC,也就是所谓的片上多处理系统(MPSoCs)中,考虑到整体执行效率的一个最重要的部分就是片上互联。片上网络(NoC)是解决大规模片上多处理器系统中片上通信问题的有效途径。与基于总线的方式相比,片上网络通过使用网络互连的方式进行通信,有效的降低了通信功耗、缓解了带宽争夺、提高了通信的可靠性、简化了硬件体系结构,具有良好的可伸缩性。虫洞交换网络是片上网络系统中最常见的通信机制。与存储转发网络相比,虫洞交换网络对缓存的需求量非常小,因此它非常适合受成本、功耗、面积等方面严格限制的片上网络系统。本课题主要研究了基于虫洞交换的片上网络系统实时通信调度的问题。本论文研究了片上网络通信实时调度的相关的多个调度算法,设计与实现了一个基于虫洞交换的片上网络系统实时通信调度仿真系统。该仿真系统可以对各类任务集(周期性任务集,非周期性任务集等)在各种调度算法(RM、EDF、LLF等)下的实时性能进行仿真调度和评估,从而为片上网络系统实时通信调度问题的研究提供支持。该仿真系统的设计与实现主要分为两大部分,一部分是在片上网络中RM、EDF、LLF三种调度算法的设计与实现,即系统的实时通信调度仿真模块的设计与实现,另一部分是该仿真系统中一些可视化界面的设计与实现,这其中包括了可视化手动生成任务系统模块的设计与实现、随机自动生成任务系统模块的设计与实现、仿真结果显示与分析模块的设计与实现和可视化仿真调度过程回放模块的设计与实现。论文详细介绍了三种调度算法和该仿真系统所包括的五个功能模块的具体设计与实现过程,同时本文也通过该仿真系统对这三种调度算法的性能进行了分析和比较。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出、目的与意义
• 1.2 国内外现状
• 1.3 论文研究主要内容
• 第2章 相关理论背景
• 2.1 片上总线与片上网络概述
• 2.1.1 片上互连方法
• 2.1.2 片上总线及其优缺点
• 2.1.3 片上网络
• 2.2 片上互连网络路由分析
• 2.2.1 片上互连网络路由算法设计特点
• 2.2.2 片上互连网络路由机制
• 2.2.3 片上互连网络的交换技术
• 2.3 实时系统相关理论
• 2.3.1 实时系统的三个性能指标
• 2.3.2 实时系统的分类
• 2.4 本章小结
• 第3章 片上网络通信调度算法的设计
• 3.1 系统模型中的三种调度算法
• 3.1.1 固定优先级调度算法
• 3.1.2 抢占式的EDF算法
• 3.1.3 LLF调度算法
• 3.2 NoC实时通信中的三种调度算法
• 3.2.1 NoC实时通信调度中的RM算法
• 3.2.2 在NoC实时通信调度中的EDF和LLF算法
• 3.3 NoC通信调度中的性能优化方法
• 3.3.1 影响NoC通信调度性能的原因分析
• 3.3.2 最优通信路由路径的定义
• 3.3.3 最优通信路由路径的路由节点计算方法
• 3.4 虫洞交换技术在NoC中的应用研究
• 3.4.1 死锁问题
• 3.4.2 活锁问题
• 3.5 本章小结
• 第4章 片上网络通信仿真系统设计与实现
• 4.1 系统总体设计
• 4.1.1 系统各功能模块设计
• 4.1.2 系统各功能模块间的关系
• 4.2 仿真系统开发工具和环境
• 4.3 系统中各功能模块的实现
• 4.3.1 实时通信调度仿真模块的实现
• 4.3.2 可视化手动生成任务系统模块的实现
• 4.3.3 随机自动生成任务系统模块的实现
• 4.3.4 可视化片上网络路由拓扑结构生成模块的实现
• 4.3.5 调度结果显示与分析模块的实现
• 4.3.6 可视化仿真调度过程回放模块的实现
• 4.4 最优路由路径实现
• 4.4.1 判断最优通信路由路径函数的设计与实现
• 4.4.2 随机自动生成最优通信路由路径函数的设计与实现
• 4.5 本章小结
• 第5章 测试与性能分析
• 5.1 测试数据的生成
• 5.2 测试结果呈现
• 5.3 测试结果分析
• 第6章 结论
• 6.1 论文主要的工作
• 6.2 未来工作和展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生期间科研情况