论文摘要
由于片上系统（SoC）在面积、复杂度以及功能等方面的要求不断增加,因而互连单元数量以及片上系统通信性能（包括传输延时和数据吞吐量）等方面的需求也在不断提升。片上系统中全局互连延迟是主要的门级延迟,并且影响到整个系统的性能。基于数据包传输的片上网络（NoC）结构被看作是片上多个IP核互连延迟的一种有效解决方案,而且目前也是一个热门研究领域。在片上网络互连结构中,片上网络路由器是片上网络的核心构件,片上网络路由器中主要包含有缓存、交换单元、仲裁单元以及控制逻辑,他们共同来实现数据流的路由和对数据包的存储转发功能,片上网络的路由结构设计会对片上网络的数据传输有较大的影响,以此为出发点,本论文对片上网络的路由结构进行了研究,并对部分关键模块进行了设计。本论文主要是在路由缓冲管理、网络仲裁器、片上网络交换器等方面研究:在片上网络路由缓冲管理的研究中,为了减少网络拥塞,提高网络数据吞吐量,需要有足够的缓冲资源,而FIFO可以看作是对每个PE（processing element）和路由模块输入输出端口间传输数据进行缓存,因此在路由器的设计中合适的缓存管理方案、缓存单元的数量以及每一缓存单元深度对片上网络数据包的传输有很大的影响。片上网络的仲裁器设计方案可以采用多种不同的仲裁机制,例如采用固定优先权的仲裁方式,采用具有可变优先权的仲裁方式,轮询（Round-robin）仲裁的方式,矩阵（matrix）仲裁机制等不同方式。在本论文中分析了这几种不同的仲裁方式并且给出了后面两种仲裁方式的设计,分析并且比较了二者的性能等。片上网络路由器的设计结构中,交换开关（crossbar switch）是关键的核心模块,交换开关是在仲裁器以及控制模块的协同操作下对来自不同输入端口数据选择相应的输出端口方向。交换开关的带宽、功耗和面积等在很大程度上影响片上网络路由器的性能,交换开关需要具有高速交换性能,并提供有效的竞争解决方案。交换开关的设计也可以采用多种方案进行,例如采用三态门搭建数据选择通路,或者采用多路复用器进行搭建,在本论文中采用iSLIP算法设计了片上网络的交换开关。