面向多种拓扑结构的NoC映射

论文摘要

超大规模集成电路（VLSI）特征尺寸的缩小使单个芯片上将集成数百个处理核心。在一个如此高集成度的系统中,片上互连成为设计的关键。在这样的背景下,通信集中的片上网络（Network-on-Chip, NoC）应运而生。随着研究的深入,NoC架构的多核片上系统（MPSoC）产品的出现成为一种必然。因此,必须对NoC进行优化,以平衡设计面临的性能、功耗等问题。而NoC映射作为NoC优化的关键环节成为研究的热点。本文围绕流应用在NoC“硬”平台上的映射展开研究。基于“硬”平台的NoC定制化设计,涉及的相关问题主要是任务分配、任务调度以及通讯调度等。由于流应用固有的重复性,本文将流水线机制引入到NoC设计中,以流水线调度为核心,完成了流应用在同构NoC“硬”平台上的映射,达到在满足性能要求的前提下优化能耗的目的。本文首先对目标应用进行了详细的定义,包括目标平台的三种拓扑结构、路由器结构和路由机制,以及目标平台的功耗和延时模型的推导。在对映射算法所要解决的问题进行定义和形式化后,用C++实现了基于流水线的高吞吐率低能耗的NoC映射算法。该算法采用启发式和贪婪式的策略,同步完成了任务分配、调度和通讯调度,并同时降低了系统能耗。随后对算法进行扩展,使之兼容三种不同拓扑结构的映射。最后,用SystemC对路由器、网络接口和处理单元等进行建模完成了模拟器的搭建。将映射结果输入模拟器进行仿真验证。实验结果证明了算法结果与仿真结果的一致性。与相关文献中的EACS算法相比,流应用的吞吐率增加了约7倍,而能耗降低了约12%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 NoC定制化设计方法学
• 1.3 NoC系统级研究现状
• 1.4 论文主要研究工作
• 1.5 论文结构
• 第2章 目标平台的系统建模
• 2.1 目标平台结构
• 2.1.1 Mesh结构与torus结构
• 2.1.2 分簇结构
• 2.2 目标平台功耗模型
• 2.2.1 执行功耗
• 2.2.2 通信功耗
• 2.3 目标平台延时模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于流水线的高吞吐率低功耗映射算法
• 3.1 流应用中的流水线技术
• 3.2 问题的定义及形式化
• 3.2.1 通信任务图定义
• 3.2.2 目标平台定义
• 3.2.3 问题的形式化
• 3.3 基于流水线的高吞吐率低功耗映射算法
• 3.3.1 算法的初始化
• 3.3.2 源任务的分配和调度
• 3.3.3 其他任务的分配和调度
• 3.3.4 Torus结构的算法实现
• 3.3.5 分簇结构的算法实现
• 3.4 本章小结
• 第4章 映射算法结果及仿真结果分析
• 4.1 模拟器介绍
• 4.1.1 路由器
• 4.1.2 网络接口
• 4.1.3 计算单元
• 4.2 仿真结果分析
• 4.2.1 实验设置
• 4.2.2 对于2 维mesh结构的映射结果仿真
• 4.2.3 对于2 维torus结构映射结果仿真
• 4.2.4 对于分簇结构映射结果仿真
• 4.3 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