片上網(wǎng)絡(luò)中容錯(cuò)通信組件的研究.pdf

1、隨著21世紀(jì)納米時(shí)代的到來(lái)，半導(dǎo)體芯片內(nèi)部的電子元件工藝特征尺寸將縮小至納米級(jí)別，其制造工藝的飛速發(fā)展使得單一芯片上晶體管的集成數(shù)量大大增加。因此在單一芯片內(nèi)部集成系統(tǒng)成為可能。片上系統(tǒng)(System on chip，SoC)的出現(xiàn)代表了集成電路設(shè)計(jì)向集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展轉(zhuǎn)變。但是，基于共享總線機(jī)制的片上系統(tǒng)無(wú)法滿足芯片內(nèi)部眾核之間的并行通信需求，同時(shí)，長(zhǎng)總線也會(huì)帶來(lái)互聯(lián)延遲以及功耗等問題。因此，在上世紀(jì)九十年代末，研究學(xué)者借鑒宏觀網(wǎng)絡(luò)思

2、想，提出了一種嶄新的芯片內(nèi)眾核之間的通訊架構(gòu)--片上網(wǎng)絡(luò)(Network on chip，NoC)。片上網(wǎng)絡(luò)通訊架構(gòu)使用短路徑通過(guò)多跳傳輸數(shù)據(jù)，很好的解決了共享總線所面臨的一系列問題。
　　論文介紹了NoC的發(fā)展背景，并針對(duì)芯片設(shè)計(jì)中的可靠性問題做出簡(jiǎn)單闡述，介紹了國(guó)內(nèi)外在NoC可靠性設(shè)計(jì)方面的研究現(xiàn)狀。同時(shí)，本論文在NoC可靠性研究中的硬件容錯(cuò)方面做出以下研究：
　　(1)針對(duì)關(guān)鍵IP核加固以及容路由器硬件故障的研究。路由

3、器的硬件故障將會(huì)導(dǎo)致與其相連的IP核被孤立而不能正常通訊，這將嚴(yán)重影響片上網(wǎng)絡(luò)芯片的性能，甚至導(dǎo)致芯片的報(bào)廢。因此本文在片上網(wǎng)絡(luò)經(jīng)典2D-mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上提出一種容錯(cuò)機(jī)制，使得IP核在本地路由器故障的情況下仍能通過(guò)冗余機(jī)制與通訊架構(gòu)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)恢復(fù)通信的目的。同時(shí)，本方案設(shè)計(jì)相應(yīng)的路由算法，并在其中融合了擁塞機(jī)制，提高了片上網(wǎng)絡(luò)的通訊效率。使用QuratusⅡ和OPNET軟件對(duì)提出的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真驗(yàn)證以及網(wǎng)絡(luò)性能的模擬。
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4、2)針對(duì)片上網(wǎng)絡(luò)通訊架構(gòu)提出一種高速容錯(cuò)路由器設(shè)計(jì)方案。片上網(wǎng)絡(luò)中路由器的故障不僅會(huì)導(dǎo)致本地IP核不能正常通信，還會(huì)影響其他數(shù)據(jù)包的正常傳輸。同時(shí)路由器的傳輸速度直接影響了片上網(wǎng)絡(luò)的通訊延遲和吞吐量等重要性能指標(biāo)。因此本文提出一種高速容錯(cuò)路由器設(shè)計(jì)方案，使用旁路機(jī)制可以使得數(shù)據(jù)包在路由器內(nèi)部傳輸時(shí)越過(guò)部分路由過(guò)程從而實(shí)現(xiàn)高速傳輸，同時(shí)還可以通過(guò)旁路機(jī)制實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)，并針對(duì)提出的路由器容錯(cuò)方案改進(jìn)XY路由算法。最后實(shí)驗(yàn)表明本文在添加較少硬件資