網(wǎng)格NoC平臺(tái)中的若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、片上網(wǎng)絡(luò)(NoC:Network-on-Chip)是一種針對(duì)多核SoC設(shè)計(jì)的新型片上通信架構(gòu)。對(duì)于傳統(tǒng)共享總線通信結(jié)構(gòu)中存在的延遲、通信性能瓶頸以及設(shè)計(jì)效率問題，NoC提供了一種新的片上通信結(jié)構(gòu)解決方案。本文首先論述了NoC的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，然后論述了以NoC為通信架構(gòu)的系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)流程。在此基礎(chǔ)上，我們針對(duì)二維網(wǎng)NoC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分析了其性能特點(diǎn)、路由算法、以及NoC中單個(gè)路由節(jié)點(diǎn)功耗和性能評(píng)估模型，并同時(shí)與通用的片上共享總線的性能與硬

2、件開銷進(jìn)行了比較。
　　同時(shí)，低功耗是超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)的一個(gè)趨勢(shì)，特別是對(duì)一些嵌入式系統(tǒng)、移動(dòng)終端以及手持設(shè)備。對(duì)于NoC設(shè)計(jì)，可以分別在各個(gè)層次，如物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等降低NoC的能量消耗。本文針對(duì)NoC這種片上通信架構(gòu)，主要研究在網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)的技術(shù)以及性能分析方法，其主要工作如下：
　　首先，針對(duì)超深亞微米半導(dǎo)體工藝下，片上通信的數(shù)據(jù)完整性日益嚴(yán)重的問題，提出了一種自適應(yīng)的NoC鏈路數(shù)據(jù)保

3、護(hù)方法。該方法根據(jù)通信鏈路的錯(cuò)誤概率以及系統(tǒng)的可靠性約束要求，自適應(yīng)的在片上通信鏈路的可靠等級(jí)與功耗之間進(jìn)行折衷，使得滿足片上通信鏈路教據(jù)完整性要求的同時(shí)，NoC的通信能量消耗最小。
　　其次，針對(duì)NoC采用網(wǎng)絡(luò)通信的特點(diǎn)，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)積分的NoC報(bào)文延遲計(jì)算方法。該方法通過對(duì)輸入報(bào)文的到達(dá)曲線以及路由節(jié)點(diǎn)的服務(wù)曲線分析，采用網(wǎng)絡(luò)積分理論，計(jì)算出報(bào)文在NoC中的傳輸延遲；同時(shí)對(duì)NoC中路由節(jié)點(diǎn)采用不同仲裁策略的報(bào)文延遲計(jì)算方

4、法進(jìn)行了研究，并在準(zhǔn)確度上與周期準(zhǔn)確級(jí)仿真進(jìn)行了比較。
　　再次，針對(duì)NoC設(shè)計(jì)過程中IP核映射和路由分配兩個(gè)關(guān)鍵步驟，提出了一種基于PSO的低功耗IP核映射和鏈路平衡的路由定制算法PLBMR。針對(duì)二維網(wǎng)格NoC，在提出了NoC能量消耗和通信鏈路負(fù)載平衡的數(shù)學(xué)計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，解決了IP核映射和路由分配的PSO粒子表示問題。但是對(duì)于不同的應(yīng)用，各個(gè)IP之間的通信數(shù)據(jù)流類型會(huì)有很大差別，為了得到優(yōu)化的性能，需要根據(jù)具體的應(yīng)用設(shè)置合適

5、的算法參數(shù)。
　　最后，針對(duì)不規(guī)則的2維NoC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提出一種避免死鎖的低功耗全定制路由算法EA_TP。該路由算法以轉(zhuǎn)彎禁止的死鎖避免路由算法為基礎(chǔ)，考慮鏈路長(zhǎng)度以及鏈路上通信容量?jī)蓚€(gè)因數(shù)，選擇合適的轉(zhuǎn)彎被禁止，同時(shí)保證NoC的全連接，然后采用Dijkstra最短路由路徑算法，構(gòu)造所有通信流的路由路徑。EA_TP算法采用路由表的方法構(gòu)造定制路由，保證了在合理的面積開銷范圍內(nèi)，解決了不規(guī)則NoC的死鎖問題，同時(shí)使得NoC通信能量消