片上網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與通信方法研究.pdf

1、半導(dǎo)體工藝技術(shù)進(jìn)入深亞微米時(shí)代后，基于總線系統(tǒng)芯片SoC(system on chip)的體系結(jié)構(gòu)在物理設(shè)計(jì)、通信帶寬以及功耗等方面無(wú)法滿(mǎn)足未來(lái)多IP體系發(fā)展的需求。片上網(wǎng)絡(luò)NoC(network on chip)是一種新的系統(tǒng)芯片體系結(jié)構(gòu)，其核心思想是將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)移植到系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)中來(lái)，從體系結(jié)構(gòu)上徹底解決總線架構(gòu)帶來(lái)的問(wèn)題。在NoC系統(tǒng)中，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和通信方法是影響片上系統(tǒng)性能的重要因素。
　　 本文對(duì)NoC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和通

2、信方法進(jìn)行了深入研究，提出了一些新的解決NoC關(guān)鍵問(wèn)題的方法，并通過(guò)建模仿真和軟硬件驗(yàn)證對(duì)提出的新方法進(jìn)行了驗(yàn)證。論文的主要研究成果如下：
　　 1.對(duì)NoC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。提出了兩種適合二維片上網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即廣義Petersen圖(Generalized Petersen，GP(2m，1))和網(wǎng)格環(huán)形(MeshConnected-Cycles，MCC)片上網(wǎng)絡(luò)互連結(jié)構(gòu)。詳細(xì)分析兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的性質(zhì)。分別設(shè)計(jì)了兩種拓?fù)浣Y(jié)

3、構(gòu)的確定性路由算法，對(duì)兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬分析，并與典型片上網(wǎng)絡(luò)的mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較。在綜合考慮網(wǎng)絡(luò)直徑和節(jié)點(diǎn)度之積的情況下，GP(2m，1)和MCC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更適合構(gòu)建片上互連網(wǎng)絡(luò)。
　　 2.對(duì)NoC的交換機(jī)制進(jìn)行了研究。通過(guò)分析總結(jié)現(xiàn)有的片上網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)，提出了一種緩沖式快速蟲(chóng)孔交換技術(shù)。對(duì)該交換機(jī)制進(jìn)行了模擬分析并與典型的虛通道蟲(chóng)孔交換技術(shù)進(jìn)行了比較，表明是一種高性能、低成本的交換技術(shù)。
　　 3.總結(jié)片

4、上網(wǎng)絡(luò)路由器的基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了一種基于緩沖式蟲(chóng)孔交換技術(shù)的通用片上網(wǎng)絡(luò)路由器結(jié)構(gòu)，并對(duì)該路由器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)、功能仿真和性能評(píng)估。結(jié)果表明該種結(jié)構(gòu)的路由器是一種低延遲的片上網(wǎng)絡(luò)路由器。
　　 4.分析總結(jié)了系統(tǒng)級(jí)評(píng)估的性能指標(biāo)和評(píng)估流程，建立了系統(tǒng)級(jí)仿真平臺(tái)。該平臺(tái)是一個(gè)模塊化、可擴(kuò)展的系統(tǒng)級(jí)仿真平臺(tái)。
　　 5.設(shè)計(jì)了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為8×8、基于Mesh的片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。并用ALTERAFPGA開(kāi)發(fā)板驗(yàn)證了其功能

5、，其中的核心模塊片上網(wǎng)絡(luò)路由器和流量產(chǎn)生/接收器已經(jīng)SMIC0.13μm工藝下流片，工作頻率300MHz，等效邏輯門(mén)為515.5k，在300MHz工作頻率下功耗約為308.5 mW。
　　 6.通過(guò)分析，提出了基于平臺(tái)的片上網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法，根據(jù)該方法建立了一個(gè)片上網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)驗(yàn)證平臺(tái)。該平臺(tái)和系統(tǒng)級(jí)仿真平臺(tái)結(jié)合可以形成一個(gè)集片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分析、功能仿真、硬件驗(yàn)證和性能評(píng)估的完整的片上網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)驗(yàn)證環(huán)境。
　　 7.針對(duì)片上網(wǎng)絡(luò)的發(fā)