支持保障服务的网络接口设计

论文摘要

作为解决复杂SoC中全局通信问题的一种全新方案,片上网络在近几年来受到了广泛的关注。它既具有许多不同于传统网络的特点,也有不同于传统片上总线的独特之处。网络接口作为片上网络组织结构的重要组成部分,也成为了许多科研机构研究的热点之一。本文在分析国内外相关研究,深入理解AXI协议和保障服务体系的基础上,针对片上网络自身固有的特点,实现了支持分布式建立保障服务的网络接口结构。本文设计的网络接口符合AXI协议,支持自适应和确定性两种路由算法,具有数据打包解包功能,支持主设备和从设备同时对外通信,与路由器通信采用基于信任（credit）的流控机制。同时支持保障服务（Guaranteed-Service,GS）和尽力服务（Best-Effort,BE）两种服务方式,对尽力服务的数据包进行基于排序表查询的乱序事务处理;支持分布式建立GS服务的三种方式。在解包通路中还采用了一种并行解包机制,该机制将解包粒度数据包缩小到微片,从而减小了解包通路的平均延时。按照Top-Down的IC设计流程,用Verilog硬件描述语言完成了网络接口的RTL级建模。最后,该网络接口结合课题组已设计的GS路由器搭建了一个GS片上网络,使用课题组开发的性能评估平台,在完成了网络接口功能验证的基础上进行了全面的性能评估,并对得到的性能数据进行了详细地分析。验证结果和性能评估数据表明,本文设计的网络接口实现了预想功能,并且性能良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及其研究意义
• 1.1.1 SoC片上通信面临的严峻挑战
• 1.1.2 片上网络的概念及技术优势
• 1.1.3 片上网络与传统网络的区别及其研究方向
• 1.1.4 片上网络中保障服务的概念
• 1.2 课题的国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.4 论文结构
• 第2章 片上网络中的排序问题分析
• 2.1 AMBA AXI总线协议简介
• 2.1.1 AXI总线基本结构
• 2.1.2 AXI总线协议主要特点
• 2.2 AXI协议排序模型
• 2.3 片上网络排序问题分析
• 2.3.1 片上网络产生数据包排序问题的原因
• 2.3.2 数据包排序问题分析
• 2.4 GS网络接口的排序机制
• 2.4.1 GS网络接口的排序理论
• 2.4.2 响应数据包全局排序的实现机制
• 2.5 本章小结
• 第3章 保障服务机制
• 3.1 基于连接保障服务的三种实现方式
• 3.2 分布式GS链路的建立
• 3.2.1 GS链路带宽定义
• 3.2.2 分布式GS的三种建立过程
• 3.3 GS数据调度过程
• 3.3.1 GS数据调度策略
• 3.3.2 GS数据调度策略实现
• 3.4 分布式GS链路的撤销
• 3.4.1 GS链路建立失败撤销链路
• 3.4.2 GS数据发送完毕撤销链路
• 3.5 本章小结
• 第4章 支持GS服务的网络接口设计
• 4.1 GS网络接口整体设计
• 4.2 主从设备接口设计
• 4.2.1 主设备接口设计
• 4.2.2 从设备接口设计
• 4.3 打包数据通路设计
• 4.3.1 打包选择单元设计
• 4.3.2 打包单元设计
• 4.3.3 数据输出单元设计
• 4.4 解包数据通路设计
• 4.4.1 通道分配单元设计
• 4.4.2 解包单元设计
• 4.5 分布式GS控制通路设计
• 4.5.1 分布式GS信息表设计
• 4.5.2 GS响应模块设计
• 4.6 响应数据包全局排序通路设计
• 4.6.1 排序查询表设计
• 4.6.2 重排序存储单元设计
• 4.7 本章小结
• 第5章 GS网络接口的性能评估
• 5.1 GS网络接口的功能验证
• 5.2 GS网络接口的性能指标
• 5.2.1 事务延迟
• 5.2.2 网络接口吞吐率
• 5.3 GS网络接口的性能曲线分析
• 5.3.1 实验设置
• 5.3.2 性能曲线分析
• 5.4 GS网络接口的逻辑综合
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢