片上網(wǎng)絡(luò)感知故障容錯(cuò)路由算法研究.pdf

1、隨著芯片集成度的增加，基于總線通信架構(gòu)的片上系統(tǒng)（SoC）中多個(gè) IP核間的通信成為亟待解決的問(wèn)題，片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）從系統(tǒng)架構(gòu)到通訊能力展現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)讓它成為替代片上系統(tǒng)的必然選擇。芯片集成度的提高使得芯片生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)缺陷和運(yùn)行中發(fā)生故障的可能性隨之增加，因此，容錯(cuò)技術(shù)成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。軟件容錯(cuò)因其經(jīng)濟(jì)實(shí)用、資源可重復(fù)利用等成為片上網(wǎng)絡(luò)首選的容錯(cuò)技術(shù)。容錯(cuò)路由算法的選擇對(duì)片上網(wǎng)絡(luò)的傳輸時(shí)延、吞吐量等性能有著至關(guān)重要的影響。因此，研

2、究容錯(cuò)路由算法對(duì)片上網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有一定的促進(jìn)作用。本文的主要內(nèi)容包括：
　　（1）改進(jìn)NoC中具有標(biāo)志性的XY路由算法，增加容錯(cuò)功能。分析在2D Mesh結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)的XY算法的路由思想，自定義了YX、XYX和YXY路由算法，將這幾種算法自適應(yīng)地應(yīng)用到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信中，均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，同時(shí)該算法的實(shí)現(xiàn)沒(méi)有使用虛通道，不會(huì)增加路由器仲裁難度。本算法依據(jù)奇偶轉(zhuǎn)彎模型的思想，將每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)劃分為奇節(jié)點(diǎn)和偶節(jié)點(diǎn)，將故障節(jié)點(diǎn)用激活區(qū)域包圍，把改

3、進(jìn)的奇偶轉(zhuǎn)彎模型應(yīng)用到激活區(qū)域，制定激活區(qū)域內(nèi)部的路由規(guī)則。根據(jù)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)的位置將數(shù)據(jù)流的路由分為四種情況，不僅實(shí)現(xiàn)了繞故障傳輸和減少網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)間的目的，而且緩解了XY路由算法引起的X方向負(fù)載過(guò)重的問(wèn)題。該算法保證在整個(gè)選路過(guò)程中不會(huì)發(fā)生環(huán)形資源依賴環(huán)，即實(shí)現(xiàn)了無(wú)死鎖。
　　（2）提出了一種基于虛通道的容錯(cuò)路由算法。本算法采用最少的虛通道數(shù)，只在Y方向增加兩條虛通道，X方向無(wú)虛通道。Y方向的虛通道將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，

4、使得沿X負(fù)方向和正方向傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流分別擁有一條虛通道，最大化的實(shí)現(xiàn)虛通道的利用率。每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)仍然使用轉(zhuǎn)向模型保證無(wú)死鎖，但就整個(gè)網(wǎng)絡(luò)而言，是一種全自適應(yīng)的容錯(cuò)路由算法，這種均勻的轉(zhuǎn)向均衡網(wǎng)絡(luò)流量。該算法在單節(jié)點(diǎn)故障時(shí)總能沿著最短路徑路由，具有最少的路由跳數(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)功耗減少，端到端傳輸延時(shí)達(dá)到最小；在多節(jié)點(diǎn)故障的情況下，采用改進(jìn)的優(yōu)先級(jí)算法，結(jié)合鄰節(jié)點(diǎn)擁塞值和擴(kuò)展的鄰居狀態(tài)寄存器，使得當(dāng)前節(jié)點(diǎn)選路時(shí)能夠預(yù)測(cè)第二級(jí)鄰居節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，使得數(shù)據(jù)