片上網(wǎng)絡拓撲結構與通信方法研究.pdf

1、半導體工藝技術進入深亞微米時代后，基于總線系統(tǒng)芯片SoC(system on chip)的體系結構在物理設計、通信帶寬以及功耗等方面無法滿足未來多IP體系發(fā)展的需求。片上網(wǎng)絡NoC(network on chip)是一種新的系統(tǒng)芯片體系結構，其核心思想是將計算機網(wǎng)絡技術移植到系統(tǒng)芯片設計中來，從體系結構上徹底解決總線架構帶來的問題。在NoC系統(tǒng)中，拓撲結構和通信方法是影響片上系統(tǒng)性能的重要因素。
　　 本文對NoC的拓撲結構和通

2、信方法進行了深入研究，提出了一些新的解決NoC關鍵問題的方法，并通過建模仿真和軟硬件驗證對提出的新方法進行了驗證。論文的主要研究成果如下：
　　 1.對NoC的拓撲結構進行了研究。提出了兩種適合二維片上網(wǎng)絡的拓撲結構，即廣義Petersen圖(Generalized Petersen，GP(2m，1))和網(wǎng)格環(huán)形(MeshConnected-Cycles，MCC)片上網(wǎng)絡互連結構。詳細分析兩種拓撲結構的性質。分別設計了兩種拓撲結

3、構的確定性路由算法，對兩種拓撲結構進行了模擬分析，并與典型片上網(wǎng)絡的mesh拓撲結構進行了比較。在綜合考慮網(wǎng)絡直徑和節(jié)點度之積的情況下，GP(2m，1)和MCC拓撲結構更適合構建片上互連網(wǎng)絡。
　　 2.對NoC的交換機制進行了研究。通過分析總結現(xiàn)有的片上網(wǎng)絡交換技術，提出了一種緩沖式快速蟲孔交換技術。對該交換機制進行了模擬分析并與典型的虛通道蟲孔交換技術進行了比較，表明是一種高性能、低成本的交換技術。
　　 3.總結片

4、上網(wǎng)絡路由器的基本結構和設計，設計了一種基于緩沖式蟲孔交換技術的通用片上網(wǎng)絡路由器結構，并對該路由器結構進行了詳細設計、功能仿真和性能評估。結果表明該種結構的路由器是一種低延遲的片上網(wǎng)絡路由器。
　　 4.分析總結了系統(tǒng)級評估的性能指標和評估流程，建立了系統(tǒng)級仿真平臺。該平臺是一個模塊化、可擴展的系統(tǒng)級仿真平臺。
　　 5.設計了一個網(wǎng)絡規(guī)模為8×8、基于Mesh的片上網(wǎng)絡系統(tǒng)。并用ALTERAFPGA開發(fā)板驗證了其功能

5、，其中的核心模塊片上網(wǎng)絡路由器和流量產(chǎn)生/接收器已經(jīng)SMIC0.13μm工藝下流片，工作頻率300MHz，等效邏輯門為515.5k，在300MHz工作頻率下功耗約為308.5 mW。
　　 6.通過分析，提出了基于平臺的片上網(wǎng)絡設計方法，根據(jù)該方法建立了一個片上網(wǎng)絡開發(fā)驗證平臺。該平臺和系統(tǒng)級仿真平臺結合可以形成一個集片上網(wǎng)絡系統(tǒng)分析、功能仿真、硬件驗證和性能評估的完整的片上網(wǎng)絡開發(fā)驗證環(huán)境。
　　 7.針對片上網(wǎng)絡的發(fā)