片上網(wǎng)絡(luò)仿真平臺及路由算法研究設(shè)計(jì).pdf

1、隨著片上系統(tǒng)規(guī)模及復(fù)雜度的增加，基于總線結(jié)構(gòu)的片上通信方式已經(jīng)難以滿足眾多IP核的通信需求。片上網(wǎng)絡(luò)借鑒了分布式計(jì)算系統(tǒng)的通信特點(diǎn)，采用路由和分組交換的方式進(jìn)行通信，成為一種新的片內(nèi)互連通信結(jié)構(gòu)。該技術(shù)的出現(xiàn)迅速吸引國內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)及高校開始針對片上網(wǎng)絡(luò)的不同層次與角度進(jìn)行研究與開發(fā)。路由算法作為片上網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的關(guān)鍵協(xié)議，對片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能起到重要的影響。利用有限的資源，設(shè)計(jì)一個簡單、高效、低功耗的路由算法成為研究的熱點(diǎn)。本課題是

2、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“三維片上網(wǎng)絡(luò)芯片關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)研究”的一個子課題。主要負(fù)責(zé)建立功耗模型、路由器模型，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功耗模擬平臺。由于片上網(wǎng)絡(luò)低功耗的需求，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個新的低功耗、自適應(yīng)路由算法。
　　本文首先對片上網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、交換技術(shù)、虛通道、流量控制進(jìn)行了分析研究，并詳細(xì)分析了路由算法。在此基礎(chǔ)上，先建立了電路級計(jì)算功耗和系統(tǒng)級通信功耗模型，隨后設(shè)計(jì)了路由器模型，為了減少時延和功耗，在該路由模型

3、中摒棄了輸出緩存，最后設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了片上網(wǎng)絡(luò)功耗模擬平臺。根據(jù)路由算法分析及基本要求，本文提出了一個新穎的路由算法——Beeline路由算法。它是基于擁塞狀況的部分自適應(yīng)算法，并能避免活鎖和死鎖。它通過圍繞源點(diǎn)和終點(diǎn)構(gòu)成的直線選擇可傳輸?shù)穆酚晒?jié)點(diǎn)，并根據(jù)鄰近路由節(jié)點(diǎn)的擁塞狀況選擇最佳傳輸路由節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)部分自適應(yīng)。為了驗(yàn)證片上網(wǎng)絡(luò)功耗模擬平臺的正確性及所提路由算法的有效性，本文在該平臺上實(shí)現(xiàn)了XY、Odd_Even、Dy_XY、Beeline

4、等路由算法，并通過實(shí)驗(yàn)分析不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下片上網(wǎng)絡(luò)規(guī)模對路由算法的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在2D_Mesh和3D_Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，與XY、Odd_Even路由算法相比，Beeline路由算法具有較好的路由性能，并且平均功耗下降約6％。完成了片上網(wǎng)絡(luò)仿真平臺設(shè)計(jì)，并提出了一種低功耗高效路由算法，有效地降低了通信功耗。論文工作對片上網(wǎng)絡(luò)及路由算法研究具有一定的參考意義。同時，本論文中還存在很多需要完善的地方，值得在后面的工作中進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)及探索