片上網(wǎng)絡(luò)無(wú)虛通道容錯(cuò)路由技術(shù)研究.pdf

1、隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,片上系統(tǒng)(System-on-Chip,SoC)中集成的IP核數(shù)目不斷增加。傳統(tǒng)的SoC共享總線結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足多IP體系的發(fā)展需要。研究者們借鑒計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的思想,提出了一種新的片上互連結(jié)構(gòu)——片上網(wǎng)絡(luò)(Networks-on-Chip,NoC)。NoC在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了通信模塊和計(jì)算模塊的分離,具有良好的并行通信能力,解決了傳統(tǒng)的SoC總線擴(kuò)展性差,通信效率低和全局同步功耗高等問(wèn)題,成為了當(dāng)前片上互連的設(shè)計(jì)趨勢(shì)。

2、
　　在集成電路特征尺寸減小、頻率升高的趨勢(shì)下, NoC對(duì)于串?dāng)_、電磁干擾、電壓擾動(dòng)等噪聲干擾更為敏感,并可能導(dǎo)致錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。另外,隨著晶體管密度增大,芯片在生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)缺陷以及運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障的概率也隨之增加,因此針對(duì)NoC的容錯(cuò)技術(shù)成為近年來(lái)相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　本文以NoC容錯(cuò)路由為對(duì)象,研究片上網(wǎng)絡(luò)無(wú)虛通道容錯(cuò)算法以及仿真驗(yàn)證平臺(tái)的設(shè)計(jì)和構(gòu)建,得出了一些新的、較為實(shí)用的技術(shù)和研究成果。主要內(nèi)容包括:
　

3、　1.單故障節(jié)點(diǎn)NoC無(wú)虛通道容錯(cuò)算法研究。在分析單故障節(jié)點(diǎn)NoC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,提出了一種新的無(wú)虛通道容錯(cuò)算法,以彌補(bǔ)現(xiàn)有算法在處理單故障節(jié)點(diǎn)NoC路由問(wèn)題時(shí)存在的不足。該算法通過(guò)設(shè)置輔助節(jié)點(diǎn)和優(yōu)化繞行策略,實(shí)現(xiàn)了均衡片上網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和減少網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延的目的。在此基礎(chǔ)上,推導(dǎo)證明了所提算法的無(wú)死鎖性。靜態(tài)和動(dòng)態(tài)仿真表明:與現(xiàn)有算法相比,該算法具有低功耗、低時(shí)延的特點(diǎn)。
　　2.多故障節(jié)點(diǎn)NoC無(wú)虛通道容錯(cuò)算法研究。針對(duì)現(xiàn)有多故障

4、節(jié)點(diǎn)無(wú)虛通道容錯(cuò)算法存在的問(wèn)題,提出了一種適用于2D Mesh NoC的多故障節(jié)點(diǎn)無(wú)虛通道容錯(cuò)算法。詳細(xì)分析了算法的路由器設(shè)計(jì)、優(yōu)化方法及實(shí)現(xiàn)步驟,并在此基礎(chǔ)上利用通道依賴圖(Channel Dependency Graph,CDG)理論,證明了其具有無(wú)死鎖性。進(jìn)一步的仿真表明,與現(xiàn)有算法相比,該算法能夠減少通信時(shí)延,且隨著故障區(qū)域面積的增加,效果更為明顯。
　　3.基于鏈路故障模型的NoC無(wú)虛通道容錯(cuò)路由算法研究。針對(duì)采用節(jié)點(diǎn)故

5、障模型的容錯(cuò)算法存在故障區(qū)域面積大、節(jié)點(diǎn)利用率低的問(wèn)題,提出一種基于鏈路故障模型的無(wú)虛通道容錯(cuò)算法。通過(guò)建立新的故障模型和優(yōu)化容錯(cuò)路由策略,可有效減少繞行距離,并提高節(jié)點(diǎn)利用率。仿真表明:與采用節(jié)點(diǎn)故障模型的無(wú)虛通道容錯(cuò)算法相比,所提算法可減少傳輸時(shí)延,提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。
　　4. NOC軟件仿真工具的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。以O(shè)PNET為基礎(chǔ),通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)域、節(jié)點(diǎn)域和進(jìn)程域三個(gè)層面對(duì)NoC系統(tǒng)進(jìn)行的建模,實(shí)現(xiàn)了一種模塊化的通用仿真工具——基于O