片上網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵電路研究.pdf

1、隨著CMOS工藝向著深亞微米和納米級(jí)發(fā)展，器件和連線的尺寸越來(lái)越小，電源電壓不斷降低，同時(shí)操作頻率不斷提高，這些都大大提高了發(fā)生錯(cuò)誤的可能性。片上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多個(gè)處理器核和各種功能模塊的集成。隨著工藝的發(fā)展，片上通信也受到多種因素的干擾從而變得不可靠甚至造成系統(tǒng)故障。因此，迫切需要研究相應(yīng)的機(jī)制和技術(shù)以提高片上網(wǎng)絡(luò)的可靠性。片上網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)提取網(wǎng)絡(luò)中的各種信息（例如數(shù)據(jù)包和各種網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等），來(lái)實(shí)現(xiàn)一系列的功能，例

2、如驗(yàn)證和調(diào)試、容錯(cuò)控制、運(yùn)行狀態(tài)重構(gòu)和參數(shù)自適應(yīng)等。
　　本文基于片上網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)并結(jié)合當(dāng)前的監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)片上網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵電路進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，所取得的主要研究成果為：
　　1.分析了片上網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，并提出了本文的片上網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能定義及系統(tǒng)框架。通過(guò)監(jiān)測(cè)片上網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸及狀態(tài)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以提供兩個(gè)方面的服務(wù)：對(duì)片內(nèi)通信發(fā)生的錯(cuò)誤進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和積累，從而診斷出錯(cuò)誤的類型，并進(jìn)行錯(cuò)誤定位；對(duì)于診斷出的發(fā)生非瞬

3、時(shí)性錯(cuò)誤的通信資源（路由節(jié)點(diǎn)或者鏈路），結(jié)合網(wǎng)絡(luò)中的擁塞信息自適應(yīng)地計(jì)算最佳的路由，從而實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤的限制和規(guī)避。通過(guò)這兩個(gè)方面的服務(wù)，為高層的應(yīng)用提供有效的監(jiān)測(cè)信息，以提高片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能。文中以二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的片上網(wǎng)絡(luò)為研究對(duì)象，提出了一個(gè)多層次的樹型片上網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由底向上分為鏈路級(jí)、路由節(jié)點(diǎn)級(jí)、集群級(jí)和芯片級(jí)四級(jí)監(jiān)測(cè)器。
　　2.分析了片上網(wǎng)絡(luò)中的錯(cuò)誤類型及其來(lái)源，并分析了已有的錯(cuò)誤檢測(cè)和處理機(jī)制，包括錯(cuò)誤檢測(cè)/糾錯(cuò)和重

4、傳、錯(cuò)誤定位和可容錯(cuò)的路由算法等。針對(duì)當(dāng)前的容錯(cuò)機(jī)制無(wú)法區(qū)分瞬時(shí)性錯(cuò)誤和非瞬時(shí)性錯(cuò)誤的問(wèn)題，提出了一種基于閾值的片上網(wǎng)絡(luò)的鏈路級(jí)監(jiān)測(cè)器電路和路由節(jié)點(diǎn)級(jí)的監(jiān)測(cè)器電路。所提出的監(jiān)測(cè)器電路不光可以區(qū)分瞬時(shí)性和非瞬時(shí)性的錯(cuò)誤，并且可以對(duì)錯(cuò)誤發(fā)生的位置進(jìn)行定位。此外，分析了該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的輕量化、覆蓋性、魯棒性和獨(dú)立性等設(shè)計(jì)考慮。
　　3.對(duì)于片上網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)診斷和定位到的發(fā)生非瞬時(shí)性錯(cuò)誤的通信資源（路由節(jié)點(diǎn)或鏈路），通過(guò)自適應(yīng)地計(jì)算路由從而對(duì)

5、發(fā)生錯(cuò)誤的部分進(jìn)行規(guī)避。研究了已有的使用動(dòng)態(tài)規(guī)劃電路進(jìn)行路由計(jì)算的技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一個(gè)新穎的計(jì)算最優(yōu)路由的動(dòng)態(tài)規(guī)劃電路。這種電流模式的動(dòng)態(tài)規(guī)劃計(jì)算平臺(tái)提供了一種功能強(qiáng)大的低功耗高速度的解決方案。作為其核心的連續(xù)時(shí)間的Winner-take-all/Loser-take-all（WTA/LTA）電路，使用可再生電路來(lái)提高解析度和速度，并采用選擇輸出的方法來(lái)改善輸出電流的精確度。該WTA/LTA電路高解析度、高速度和低功耗的特性非常

6、適用于多輸入的應(yīng)用。使用提出的WTA/LTA電路作為動(dòng)態(tài)規(guī)劃的基本計(jì)算單元，可以顯著提高動(dòng)態(tài)規(guī)劃計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的性能。
　　4.現(xiàn)有的電流模WTA/LTA電路由于大量使用電流鏡，因此電流鏡引起的失配嚴(yán)重影響了電路的精確度和解析度；并且由于使用二進(jìn)制樹型結(jié)構(gòu)來(lái)擴(kuò)展電路，造成了電路的傳遞誤差逐級(jí)擴(kuò)大，從而嚴(yán)重影響了電路的解析度、精確度和速度等性能。為了解決這些問(wèn)題，本文中還提出了三種新穎的不使用電流鏡的WTA/LTA電路。第一個(gè)電路利用鎖存

7、器的正反饋特性來(lái)進(jìn)行比較，再使用輸出選擇的方輸出電流，該電路使用傳統(tǒng)的二進(jìn)制樹型結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展。第二個(gè)電路同樣利用鎖存器的正反饋特性來(lái)進(jìn)行比較，不同的是使用整流的方式輸出電流，在此基礎(chǔ)上提出了一個(gè)新的多輸入并行WTA電路結(jié)構(gòu)。第三個(gè)電路采用積分的方式將輸入電流的大小轉(zhuǎn)化為時(shí)域信號(hào)，再由判決器電路來(lái)判定出最早的信號(hào)（對(duì)應(yīng)最大的輸入電流），最后采用開關(guān)來(lái)選擇輸出電流。這種電路除了可以使用傳統(tǒng)的二進(jìn)制樹型結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展外，為進(jìn)一步減小電路延時(shí)，文