片上網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(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發(fā)展，器件和連線的尺寸越來越小，電源電壓不斷降低，同時操作頻率不斷提高，這些都大大提高了發(fā)生錯誤的可能性。片上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)了多個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)測系統(tǒng)應(yīng)運而生。監(jiān)測系統(tǒng)通過提取網(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），來實現(xiàn)一系列的功能，例

2、如驗證和調(diào)試、容錯控制、運行狀態(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)合當前的監(jiān)測技術(shù)，對片上網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵電路進行了分析和設(shè)計，所取得的主要研究成果為：
　　1.分析了片上網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，并提出了本文的片上網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的功能定義及系統(tǒng)框架。通過監(jiān)測片上網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸及狀態(tài)，監(jiān)測系統(tǒng)可以提供兩個方面的服務(wù)：對片內(nèi)通信發(fā)生的錯誤進行統(tǒng)計和積累，從而診斷出錯誤的類型，并進行錯誤定位；對于診斷出的發(fā)生非瞬

3、時性錯誤的通信資源（路由節(jié)點或者鏈路），結(jié)合網(wǎng)絡(luò)中的擁塞信息自適應(yīng)地計算最佳的路由，從而實現(xiàn)錯誤的限制和規(guī)避。通過這兩個方面的服務(wù)，為高層的應(yīng)用提供有效的監(jiān)測信息，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)為研究對象，提出了一個多層次的樹型片上網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由底向上分為鏈路級、路由節(jié)點級、集群級和芯片級四級監(jiān)測器。
　　2.分析了片上網(wǎng)絡(luò)中的錯誤類型及其來源，并分析了已有的錯誤檢測和處理機制，包括錯誤檢測/糾錯和重

4、傳、錯誤定位和可容錯的路由算法等。針對當前的容錯機制無法區(qū)分瞬時性錯誤和非瞬時性錯誤的問題，提出了一種基于閾值的片上網(wǎng)絡(luò)的鏈路級監(jiān)測器電路和路由節(jié)點級的監(jiān)測器電路。所提出的監(jiān)測器電路不光可以區(qū)分瞬時性和非瞬時性的錯誤，并且可以對錯誤發(fā)生的位置進行定位。此外，分析了該監(jiān)測系統(tǒng)的輕量化、覆蓋性、魯棒性和獨立性等設(shè)計考慮。
　　3.對于片上網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)診斷和定位到的發(fā)生非瞬時性錯誤的通信資源（路由節(jié)點或鏈路），通過自適應(yīng)地計算路由從而對

5、發(fā)生錯誤的部分進行規(guī)避。研究了已有的使用動態(tài)規(guī)劃電路進行路由計算的技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了一個新穎的計算最優(yōu)路由的動態(tài)規(guī)劃電路。這種電流模式的動態(tài)規(guī)劃計算平臺提供了一種功能強大的低功耗高速度的解決方案。作為其核心的連續(xù)時間的Winner-take-all/Loser-take-all（WTA/LTA）電路，使用可再生電路來提高解析度和速度，并采用選擇輸出的方法來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電路作為動態(tài)規(guī)劃的基本計算單元，可以顯著提高動態(tài)規(guī)劃計算網(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重影響了電路的精確度和解析度；并且由于使用二進制樹型結(jié)構(gòu)來擴展電路，造成了電路的傳遞誤差逐級擴大，從而嚴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。第一個電路利用鎖存

7、器的正反饋特性來進行比較，再使用輸出選擇的方輸出電流，該電路使用傳統(tǒng)的二進制樹型結(jié)構(gòu)進行擴展。第二個電路同樣利用鎖存器的正反饋特性來進行比較，不同的是使用整流的方式輸出電流，在此基礎(chǔ)上提出了一個新的多輸入并行WTA電路結(jié)構(gòu)。第三個電路采用積分的方式將輸入電流的大小轉(zhuǎn)化為時域信號，再由判決器電路來判定出最早的信號（對應(yīng)最大的輸入電流），最后采用開關(guān)來選擇輸出電流。這種電路除了可以使用傳統(tǒng)的二進制樹型結(jié)構(gòu)進行擴展外，為進一步減小電路延時，文