片上网络的FPGA实现及其在4G系统中的应用研究

论文摘要

随着电路集成度的不断提高,片上各模块的通信架构逐渐成为影响系统性能的关键问题。传统的片上系统(SoC)总线结构存在时钟树庞大、功耗大和可扩展性差等问题,而基于网络连接的片上网络(NoC)通信结构,可以有效改善这些通信瓶颈问题。NoC架构的系统可包含大量的IP核,支持多种功能,并且NoC本身所具备的功耗低面积小等特点使得NoC架构设计的芯片可用于未来的移动终端和4G通信系统中。因此,片上网络的设计实现以及片上网络架构在4G通信系统中的应用是本文研究的重点。本文首先对片上网络互连方式及其关键问题进行了总结与分析,详细介绍了NoC架构中各种交换机制和流量控制机制,对比了各自的优缺点,并且对片上网络在4G通信系统中应用的发展现状进行分析。接着,本文对片上网络路由器结构进行了研究,设计了一种适用于2D mesh网络的片上网络路由器,具体包括五个输入缓存模块,五组输入输出流量控制模块,一个头部译码模块,一个路由计算模块,一个控制逻辑模块,一个虚信道分配模块,一个开关仲裁模块和一个交叉开关模块。本文使用Verilog语言对该路由器内各模块进行了设计实现并利用ISE仿真工具对各模块进行了仿真验证和仿真结果分析,证明了该片上网络路由器按照虫孔交换的方式正确完成了路由转发功能。在此基础上,用已设计实现的片上网络路由器搭建了一个4×4的2Dmesh片上网络,并完成网络级的仿真验证。最后,本文通过分析OFDM接收器部分的通信特点,在该片上网络仿真平台上对该接收器进行仿真分析,给出仿真结果,验证了本文设计的基于NoC通信架构OFDM接收器通信功能的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 NoC技术的研究背景
• 1.2 NoC在4G系统中的应用研究
• 1.2.1 4G无线通信系统研究背景
• 1.2.2 NoC在4G以及其他未来通信系统中应用的研究现状
• 1.3 论文的结构安排
• 第二章 NoC定义及相关技术介绍
• 2.1 NoC的拓扑结构
• 2.2 交换机制
• 2.2.1 基本交换机制
• 2.2.2 改进的交换机制
• 2.3 路由算法
• 2.3.1 确定性路由算法
• 2.3.2 自适应路由算法
• 2.4 流量控制机制
• 2.4.1 credit-based流量控制机制
• 2.4.2 on/off流量控制机制
• 2.4.3 ACK/NACK流量控制机制
• 2.4.4 微片预留流量控制机制
• 2.4.5 虚信道流量控制机制
• 第三章 基本片上网络的设计与实现
• 3.1 总体工作流程设计
• 3.1.1 网络参数及分组格式
• 3.1.2 路由器总体结构设计
• 3.1.3 工作流程
• 3.2 NoC路由器微结构设计实现及仿真分析
• 3.2.1 输入缓存模块结构及仿真分析
• 3.2.2 输入输出流量控制模块结构及仿真分析
• 3.2.3 控制逻辑模块结构及仿真分析
• 3.2.4 路由器仿真分析
• 3.2.5 路由器综合结果分析
• 3.2.6 2D mesh网络仿真分析
• 3.2.7 2D mesh网络综合结果分析
• 第四章 面向4G应用的片上网络设计
• 4.1 面向4G调制解调器的片上网络设计
• 4.1.1 面向4G调制解调器介绍
• 4.1.2 面向4G应用的片上网络抽象模型
• 4.2 调制解调器通信流量仿真验证
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士在读期间研究成果