一種用于片上網(wǎng)絡(luò)的混合互連Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其路由算法
【專利摘要】本發(fā)明一種用于片上網(wǎng)絡(luò)的混合互連Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其路由算法，對數(shù)據(jù)包預(yù)設(shè)路徑條件；當(dāng)前路由節(jié)點(diǎn)先根據(jù)預(yù)設(shè)的路徑，判斷下一級路由節(jié)點(diǎn)的輸入端口緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)是否超過預(yù)設(shè)比例值，若不超過，則仍然沿著預(yù)先選定的路徑傳輸；若超過且滿足最小路徑要求的兩個相鄰的路由節(jié)點(diǎn)對應(yīng)輸入端口中緩沖區(qū)數(shù)據(jù)存儲量都不滿，則選擇對應(yīng)輸入端口的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)包較少的路由節(jié)點(diǎn)作為下一級路由節(jié)點(diǎn)；若對應(yīng)輸入端口中緩沖區(qū)均滿，則選擇通過共享總線進(jìn)行傳輸。由于本發(fā)明HPA路由算法在網(wǎng)絡(luò)擁塞時可以通過總線進(jìn)行傳輸，不會發(fā)生死鎖現(xiàn)象；由于路由算法屬于最小路徑算法，因此不存在活鎖現(xiàn)象；且所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包在傳輸過程中都是等地位的，不會產(chǎn)生餓死現(xiàn)象。
【專利說明】—種用于片上網(wǎng)絡(luò)的混合互連Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其路由算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于片上網(wǎng)絡(luò)的混合互連Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其路由算法。
【背景技術(shù)】
[0002]片上網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)定義了網(wǎng)絡(luò)中各個模塊在芯片上分布和連接的物理布局。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇將直接影響到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)度、網(wǎng)絡(luò)直徑、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，從而影響了網(wǎng)絡(luò)時延、吞吐量、能耗、面積以及容錯等，最終對網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)產(chǎn)生重要影響。因此，在片上網(wǎng)絡(luò)中，對拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計研究是目前研究的重點(diǎn)之一。
[0003]片上網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中常用的幾種規(guī)則型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下所示:
[0004]1、二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(2D Mesh)
[0005]二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是一種規(guī)則型結(jié)構(gòu)，是片上網(wǎng)絡(luò)研究過程中最常用、最簡單直觀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示。在一個NXN的2DMesh結(jié)構(gòu)中，每個IP核通過網(wǎng)絡(luò)接口與路由節(jié)點(diǎn)相連，每個路由節(jié)點(diǎn)(邊界節(jié)點(diǎn)除外)與其上、下、左、右方向的四個路由節(jié)點(diǎn)相連，節(jié)點(diǎn)的度為4，網(wǎng)絡(luò)直徑為2 X (N-1)。 [0006]Mesh結(jié)構(gòu)具有可擴(kuò)展性好、規(guī)則性、邏輯結(jié)構(gòu)簡單、便于實(shí)現(xiàn)和分析等優(yōu)點(diǎn)，因此在片上網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計的缺點(diǎn)是:對稱性易引起中央?yún)^(qū)域擁塞和熱點(diǎn)，造成網(wǎng)絡(luò)負(fù)載分布不均衡；其邊緣節(jié)點(diǎn)相對閉塞，遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)間長距離多跳通信易造成延遲過大；帶寬、延遲等方面的性能不是最優(yōu)；對于實(shí)時性數(shù)據(jù)傳輸要求較高的網(wǎng)絡(luò)，在這樣情況下將無法保證服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service, QoS)。
[0007]2、二維環(huán)繞網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(2D Torus)
[0008]如圖2所示,二維Torus結(jié)構(gòu)將每行每列中處于邊緣的路由節(jié)點(diǎn)對應(yīng)連接起來，使整個網(wǎng)絡(luò)中的路由節(jié)點(diǎn)形成一個環(huán)路。通過增加通信鏈路來降低網(wǎng)絡(luò)阻塞的概率，從而克服了上述2D Mesh結(jié)構(gòu)的設(shè)計缺陷。該結(jié)構(gòu)的所有節(jié)點(diǎn)度均為4，直徑為2χ[^/2」(取整)。
[0009]與2D Mesh結(jié)構(gòu)相比，雖然直徑有所減小，但卻增加了環(huán)路，這種過長的環(huán)形信道可能會產(chǎn)生額外的延遲。因此，研究人員設(shè)計出了 Folded Torus結(jié)構(gòu),如圖3所示，通過鏈路改進(jìn)使O與3之間的長鏈路被短鏈路取代，如圖4所示，使整個網(wǎng)絡(luò)成球狀分布。但是，這兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的路由節(jié)點(diǎn)都會形成環(huán)路，增加了路由死鎖發(fā)生的可能性，而且環(huán)路之間存在交叉，增加了硬件實(shí)現(xiàn)的資源損耗。
[0010]傳統(tǒng)Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)雖然具有良好的可擴(kuò)展性、規(guī)則性、結(jié)構(gòu)簡單且便于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，但是，由于結(jié)構(gòu)的對稱性以及邊緣節(jié)點(diǎn)相對閉塞，傳統(tǒng)Mesh結(jié)構(gòu)容易引起負(fù)載分布不均衡和中央?yún)^(qū)域熱點(diǎn)的形成，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞和通信性能下降。
[0011]片上網(wǎng)絡(luò)的路由算法依賴于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同的片上網(wǎng)絡(luò)中，路由算法決定了數(shù)據(jù)包傳輸?shù)穆窂剑瑥亩鴽Q定了網(wǎng)絡(luò)鏈路的負(fù)載分布和擁塞程度。不同路由算法所決定的通訊路徑長短將直接影響到整個片上網(wǎng)絡(luò)的傳輸延遲、路由傳輸能耗和緩存排隊(duì)能耗。良好的片上網(wǎng)絡(luò)路由算法不僅能夠平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載分布，而且可以使路由路徑盡可能短。這些都將對網(wǎng)絡(luò)吞吐量、通信延遲以及能耗起到關(guān)鍵性作用，也將極大影響整個網(wǎng)絡(luò)的通信性能，是片上網(wǎng)絡(luò)設(shè)計過程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。一般來說，路由算法可以分為以下三類:確定性路由(Deterministic Routing)、自適應(yīng)性路由(Adaptive Routing)及確定性與適應(yīng)性相結(jié)合的路由算法。
[0012]確定性路由又稱為靜態(tài)路由，是片上網(wǎng)絡(luò)中一種常見的路由算法。在確定性路由算法中，傳輸路徑是由源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)共同決定，與網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的狀態(tài)無關(guān)，即每對通信節(jié)點(diǎn)只有唯——條通信路徑。常用的確定性路由主要有維序XY路由(Dimensional OrderedRouting, DOR)和OlTURN(Only one Turn)等。如圖5所示，源節(jié)點(diǎn)為A，目的節(jié)點(diǎn)為B，在XY路由算法中，數(shù)據(jù)包先沿著X軸到達(dá)C(往目的節(jié)點(diǎn)的方向)，然后轉(zhuǎn)向Y軸路由，最后到達(dá)B。在OlTURN路由算法中，數(shù)據(jù)包有50%概率選擇XY路由(A — C — B)，也有50%的概率選擇YX路由(A —D —B)傳輸。確定性路由的主要優(yōu)點(diǎn)是:算法簡單、易于實(shí)現(xiàn)，在網(wǎng)絡(luò)擁塞相對低時延遲較小。目前，工業(yè)界的很多產(chǎn)品路由設(shè)計都采用確定性路由，然而，由于確定性路由算法路徑只與源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)有關(guān)，路徑單一，不能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的流量分布來合理利用網(wǎng)絡(luò)資源。容易造成網(wǎng)絡(luò)負(fù)載分布不均衡，且易引起熱點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)擁塞，若網(wǎng)絡(luò)處于非均勻的數(shù)據(jù)流量分布時，采用該算法的系統(tǒng)性能將急速下降。
[0013]自適應(yīng)路由算法能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中流量的分布動態(tài)改變路由路徑傳輸。數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路徑有多種選擇，路徑不僅與源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)地址有關(guān)，而且與整個網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時通信狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在故障或擁塞節(jié)點(diǎn)時，數(shù)據(jù)包能自動繞開該節(jié)點(diǎn)，沿其它路徑傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)。而且，該算法能自動避開網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)，使負(fù)載在網(wǎng)絡(luò)中均勻分布，能實(shí)現(xiàn)充分利用網(wǎng)絡(luò)資源來提高系統(tǒng)的整體性能。常見的有奇偶轉(zhuǎn)向路由(Odd-Even)和自適應(yīng)維序路由(DyXY)等。在奇偶轉(zhuǎn)向路由中，經(jīng)過奇數(shù)列節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包均不能由北向西轉(zhuǎn)向，數(shù)據(jù)包經(jīng)過偶數(shù)列節(jié)點(diǎn)時均不能由東向北轉(zhuǎn)向，屬于部分自適應(yīng)路由。在DyXY路由中，當(dāng)數(shù)據(jù)包與目的節(jié)點(diǎn)在相同X維(或Y維)時，則沿另一維傳輸至目的節(jié)點(diǎn)；否則，數(shù)據(jù)包將選擇往目的節(jié)點(diǎn)方向量化負(fù)載最小的路徑傳輸，屬于完全自適應(yīng)路由。雖然自適應(yīng)性路由算法能較好地緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況，達(dá)到均衡網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的負(fù)載和提高網(wǎng)絡(luò)整體性能的目的。但是，由于自適應(yīng)性路由算法在實(shí)現(xiàn)過程中需要實(shí)時監(jiān)控、計算、反饋、決策，因此實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較高。此外，由于路由路徑是不確定，自適應(yīng)路由算法可能存在死鎖問題。
[0014]確定性與自適應(yīng)性相結(jié)合的路由算法，將確定性路由算法和自適應(yīng)路由算法相結(jié)合，因此，既具備確定性路由的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)簡單且不會產(chǎn)生死鎖的優(yōu)點(diǎn)，也具備了適應(yīng)性路由的根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時流量分布情況選擇路徑傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。目前，常見的確定性與適應(yīng)性相結(jié)合的路由算法主要有偽自適應(yīng)奇偶轉(zhuǎn)向路由(DyAd)和偽自適應(yīng)XY路由等。DyAd路由算法是在低負(fù)載時選用XY路由，在網(wǎng)絡(luò)擁塞較為嚴(yán)重時選用奇偶轉(zhuǎn)向的路由算法。偽自適應(yīng)XY路由算法是在網(wǎng)絡(luò)無擁塞或擁塞較低時，采用確定性路由，而在網(wǎng)絡(luò)擁塞時采用適應(yīng)性路由，動態(tài)選擇量化負(fù)載最低的相鄰節(jié)點(diǎn)作為下一級路由節(jié)點(diǎn)。
[0015]片上網(wǎng)絡(luò)主要部件包括網(wǎng)絡(luò)接口單元和路由節(jié)點(diǎn)。其中網(wǎng)絡(luò)接口單元主要包括打包控制器、打包器、解包控制器、解包器、鏈路控制器和緩沖區(qū)六個模塊，如圖6所示，其主要功能是實(shí)現(xiàn)IP核與路由節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。具體來說，網(wǎng)絡(luò)接口單元將IP核發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，然后通過緩沖區(qū)緩沖后在路由節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備好時發(fā)送給路由節(jié)點(diǎn)。此外，網(wǎng)絡(luò)接口單元接收來自路由節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包，對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解包后將有效數(shù)據(jù)發(fā)送給IP核。其中路由節(jié)點(diǎn)主要由輸入和輸出端口模塊、交換開關(guān)、開關(guān)分配器以及路由單元等模塊構(gòu)成，如圖7所示。路由節(jié)點(diǎn)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的存儲轉(zhuǎn)發(fā)、路由計算、路徑判斷選擇等功能。為了使網(wǎng)絡(luò)資源得到合理分配，路由緩存采用了先進(jìn)先出緩沖區(qū)(First In FirstOut, FIFO)。路由節(jié)點(diǎn)的端口數(shù)由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)確定，比如，在傳統(tǒng)的2D Mesh結(jié)構(gòu)中，路由節(jié)點(diǎn)一般包含東、南、西、北以及本地5個輸入輸出端口，每個端口對應(yīng)一個緩存隊(duì)列。該輸入端口模塊用來處理來自上一級路由節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包傳輸申請，并為數(shù)據(jù)包分配緩存資源、解析數(shù)據(jù)包和申請路由的計算。該輸出端口模塊是用來接收本級路由節(jié)點(diǎn)中數(shù)據(jù)包的發(fā)送請求，并向下一級路由節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。端口通道中包含了路由節(jié)點(diǎn)的緩沖區(qū)，用于存儲數(shù)據(jù)分組。該交換開關(guān)(Switch)主要負(fù)責(zé)的是將路由中輸入通道連接到目標(biāo)輸出通道。該開關(guān)分配器(Switch Allocator)作為仲裁邏輯，負(fù)責(zé)將輸出通道分配給對應(yīng)的輸入通道。在本發(fā)明中，開關(guān)分配器的資源分配策略采用的是輪詢算法。該路由單元(Routing Unit)主要是實(shí)現(xiàn)路由算法，為輸入的數(shù)據(jù)選擇輸出通道。在多個數(shù)據(jù)包選擇同一個輸出端口情況下，可通過仲裁模塊來決定哪個數(shù)據(jù)包優(yōu)先傳輸。如果請求的通道正忙，則將輸入數(shù)據(jù)暫時保存在輸入緩存，當(dāng)通道處理完，且輸入數(shù)據(jù)通過仲裁成功，則可以通過該通道進(jìn)行傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]針對傳統(tǒng)Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷，本發(fā)明提出了一種用于片上網(wǎng)絡(luò)的混合互連Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能減少網(wǎng)絡(luò)中因負(fù)載分布不均衡引起的網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)和擁塞。
[0017]基于混合互連Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本發(fā)明的另一目的在于提出了一種混合偽自適應(yīng)性(Hybrid Pseudo Adaptive,ΗΡΑ)路由算法，可以避免死鎖、活鎖現(xiàn)象，也不會產(chǎn)生餓死現(xiàn)象。
[0018]本發(fā)明一種用于片上網(wǎng)絡(luò)的混合互連Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),在傳統(tǒng)Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上添加了一條緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞和熱點(diǎn)形成的共享總線，當(dāng)Mesh網(wǎng)絡(luò)不擁塞時，數(shù)據(jù)包是通過Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行傳輸；當(dāng)Mesh網(wǎng)絡(luò)較為擁塞時，則通過共享總線傳輸,每個路由節(jié)點(diǎn)對應(yīng)增加一對輸入輸出端口和總線接口，路由節(jié)點(diǎn)通過總線接口與共享總線相連，在上級路由節(jié)點(diǎn)輸出端口和下級路由節(jié)點(diǎn)輸入端口之間增加兩比特信號線，用于標(biāo)識下級路由節(jié)點(diǎn)輸入端口緩沖區(qū)的狀態(tài)。
[0019]一種用于片上網(wǎng)絡(luò)的混合互連Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的混合偽自適應(yīng)路由算法，當(dāng)數(shù)據(jù)包注入網(wǎng)絡(luò)時，對數(shù)據(jù)包預(yù)設(shè)分別采用XY路由算法或YX路由算法的路徑條件；當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)路由節(jié)點(diǎn)時，當(dāng)前路由節(jié)點(diǎn)先根據(jù)預(yù)設(shè)的路徑，判斷下一級路由節(jié)點(diǎn)的輸入端口緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)是否超過其容量的預(yù)設(shè)比例值，若不超過，則仍然沿著預(yù)先選定的路徑傳輸；若超過且滿足最小路徑要求的兩個相鄰的路由節(jié)點(diǎn)對應(yīng)輸入端口中緩沖區(qū)數(shù)據(jù)存儲量都不滿，則需要在滿足最小路徑要求的兩個相鄰路由節(jié)點(diǎn)中選擇對應(yīng)輸入端口的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)包較少的路由節(jié)點(diǎn)作為下一級路由節(jié)點(diǎn)；若滿足最小路徑要求的兩個相鄰的路由節(jié)點(diǎn)對應(yīng)輸入端口中緩沖區(qū)均滿，則選擇通過共享總線進(jìn)行傳輸。
[0020]具體包括如下步驟:
[0021]步驟1、當(dāng)數(shù)據(jù)包注入網(wǎng)絡(luò)時，對數(shù)據(jù)包預(yù)設(shè)分別采用XY路由算法或YX路由算法的路徑條件；[0022]步驟2、當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)路由節(jié)點(diǎn)時，解析當(dāng)前路由節(jié)點(diǎn)緩存中第一個數(shù)據(jù)包的目的地址(dest_x, dest_y)和預(yù)設(shè)路徑標(biāo)識XY_router,并判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)地址(co_x, co_y)是否為目的節(jié)點(diǎn)，如果是，轉(zhuǎn)到步驟7 ;否則轉(zhuǎn)到下一步；
[0023]步驟3、根據(jù)預(yù)設(shè)路徑標(biāo)識XY_r0Uter，求出預(yù)設(shè)路由路徑的下一級路由節(jié)點(diǎn)“A”的地址(next_x_l, next_y_l),具體為:
[0024](I)當(dāng)路徑標(biāo)識XY_r0Uter表示數(shù)據(jù)包選擇XY路由路徑，則下一級路由節(jié)點(diǎn)地址(next_x_l, next_y_l)可以通過公式(3.1)和(3.2)計算得到:
[0025]next_x_l = co_x+[u (k)-U (_k) ] (0.1)
[0026]next_y_l = co_y+ [u (t) _u (_t) ] X | [u (k) _u (_k) ] —I | (0.2)




fl 5 I > o [0027]其中，k= dest_x-co_x, t = dext_y-co_y, ?(O = I ? ? 是一個單位階躍函




I U ， I〈 11
數(shù)；
[0028](2)當(dāng)路徑標(biāo)識XY_router表示數(shù)據(jù)包選擇YX路由路徑，則下一級路由節(jié)點(diǎn)地址(next_x_l, next_y_l )可以通過公式(3.3)和(3.4)計算得到:
[0029]next_x_l = co_x+ [u (k) _u (_k) ] X | [u (t) _u (_t) ] —I | (0.3)
[0030]next_y_l = co_y+ [u (t) _u (_t) ] (0.4)
[0031]判斷預(yù)設(shè)路由路徑的下一級路由節(jié)點(diǎn)“A”相應(yīng)輸入端口緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)是否超過其容量的預(yù)置比例值，若不超過，則仍然沿著預(yù)先選定的路徑傳輸，將數(shù)據(jù)包發(fā)送至節(jié)點(diǎn)“A”，并轉(zhuǎn)到步驟2 ;否則轉(zhuǎn)到下一步；
[0032]步驟4:計算滿足最小路徑傳輸要求的另一條路由路徑的下一級路由節(jié)點(diǎn)“B”的地址(next_x_2, next_y_2),可以通過公式(3.5)、(3.6)計算得到:
[0033]next_x_2 = co_x+[u(k)_u(_k)]X |next_y_l-co_y| (0.5)
[0034]next_y_2 = co_y+[u(t)_u(_t)]X |next_x_l_co_x| (0.6)
[0035]判斷節(jié)點(diǎn)“A”和節(jié)點(diǎn)“B”的相應(yīng)輸入端口緩沖區(qū)是否均為滿，如果是，則轉(zhuǎn)到步驟6，否則轉(zhuǎn)到下一步；
[0036]步驟5:判斷節(jié)點(diǎn)“A”相應(yīng)輸入端口緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)存儲量是否大于節(jié)點(diǎn)“B”相應(yīng)輸入端口緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)存儲量，如果是，則將數(shù)據(jù)包傳給節(jié)點(diǎn)“B”，否則傳給節(jié)點(diǎn)“A”，轉(zhuǎn)到步驟2 ;
[0037]步驟6:當(dāng)前路由節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包通過共享總線傳輸至目的節(jié)點(diǎn)；
[0038]步驟7:目的節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)包后本地緩存，并轉(zhuǎn)到步驟8 ；
[0039]步驟8:返回步驟1，當(dāng)前路由節(jié)點(diǎn)處理下一個數(shù)據(jù)包，直至當(dāng)前路由節(jié)點(diǎn)緩存中的所有數(shù)據(jù)包發(fā)送完畢。
[0040]本發(fā)明在傳統(tǒng)Mesh結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上添加了一條緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞和熱點(diǎn)形成的互連總線，當(dāng)Mesh網(wǎng)絡(luò)不擁塞時,數(shù)據(jù)包是通過Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行傳輸；iMesh網(wǎng)絡(luò)較為擁塞時，則通過互連總線傳輸，能減少網(wǎng)絡(luò)中因負(fù)載分布不均衡引起的網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)和擁塞；由于本發(fā)明HPA路由算法在網(wǎng)絡(luò)擁塞時可以通過總線進(jìn)行傳輸，不會出現(xiàn)死鎖環(huán)，因此，不會發(fā)生死鎖現(xiàn)象；由于HPA路由算法本質(zhì)上屬于最小路徑算法，因此不存在活鎖現(xiàn)象；由于在HPA路由算法中，所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包在傳輸過程中都是等地位的，因此不會產(chǎn)生餓死現(xiàn)象。【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1是傳統(tǒng)的二維4*4網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖2是傳統(tǒng)的二維環(huán)繞網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖3是Folded Torus拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不意圖；
[0044]圖4是對2D_Torus鏈路的改進(jìn)圖；
[0045]圖5是傳統(tǒng)的XY和OlTURN路由算法示意圖；
[0046]圖6為網(wǎng)絡(luò)接口單元的工作原理示意圖；
[0047]圖7為路由節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048]圖8為本發(fā)明混合互連Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖9為本發(fā)明中路由節(jié)點(diǎn)與共享總線互連結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050]圖10為本發(fā)明中路由節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包傳輸?shù)恼麄€工作流程示意圖。
[0051]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
【具體實(shí)施方式】
[0052]如圖8所不，本發(fā)明一種用于片上網(wǎng)絡(luò)的混合互連Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),在傳統(tǒng)Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上添加了一條緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞和熱點(diǎn)形成的共享總線，當(dāng)Mesh網(wǎng)絡(luò)不擁塞時，數(shù)據(jù)包是通過Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行傳輸；當(dāng)此也網(wǎng)絡(luò)較為擁塞時，則通過共享總線傳輸，每個路由節(jié)點(diǎn)對應(yīng)增加一對輸入輸出端口 ?」和8_0)和總線接口，路由節(jié)點(diǎn)通過總線接口與共享總線相連，如圖9所示，在上級路由節(jié)點(diǎn)輸出端口和下級路由節(jié)點(diǎn)輸入端口之間增加兩比特信號線，用于標(biāo)識下級路由節(jié)點(diǎn)輸入端口緩沖區(qū)的狀態(tài)。
[0053]該共享總線只有在網(wǎng)絡(luò)擁塞時才使用，也就是說，只有一部分通信業(yè)務(wù)通過共享總線進(jìn)行傳輸。因此，本發(fā)明的混合互連Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對總線的帶寬要求不高，使得共享總線可以工作在較低的頻率，大大的降低了總線的實(shí)現(xiàn)難度。
[0054]基于混合互連Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本發(fā)明提出了一種混合偽自適應(yīng)路由算法，該算法屬于偽自適應(yīng)路由，將確定性路由和適應(yīng)性路由相結(jié)合，基本工作過程如下:當(dāng)數(shù)據(jù)包注入網(wǎng)絡(luò)時，對數(shù)據(jù)包預(yù)設(shè)分別采用XY路由算法或YX路由算法的路徑條件；當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)路由節(jié)點(diǎn)時，當(dāng)前路由節(jié)點(diǎn)先根據(jù)預(yù)設(shè)的路徑，判斷下一級路由節(jié)點(diǎn)的輸入端口緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)是否超過其容量的預(yù)設(shè)比例值，若不超過，則仍然沿著預(yù)先選定的路徑傳輸；若超過且滿足最小路徑要求的兩個相鄰的路由節(jié)點(diǎn)對應(yīng)輸入端口中緩沖區(qū)數(shù)據(jù)存儲量都不滿，則需要在滿足最小路徑要求的兩個相鄰路由節(jié)點(diǎn)中選擇對應(yīng)輸入端口的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)包較少的路由節(jié)點(diǎn)作為下一級路由節(jié)點(diǎn)；若滿足最小路徑要求的兩個相鄰的路由節(jié)點(diǎn)對應(yīng)輸入端口中緩沖區(qū)均滿，則選擇通過共享總線進(jìn)行傳輸。
[0055]本發(fā)明采用二維坐標(biāo)形式表示每個路由節(jié)點(diǎn)的地址，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)地址用(C0_X，co_y)表示，源節(jié)點(diǎn)地址用(sor_x, sor_y)表示，目的節(jié)點(diǎn)地址用(dest_x, dest_y)表示,預(yù)設(shè)路由路徑的下一級路由節(jié)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)A，地址為(next_x_l，next_y_l);滿足最小路徑要求的另一條路由路徑的下一級路由節(jié)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)B,地址為(next_x_2, next_y_2)。
[0056]如圖10所示，本發(fā)明一種用于片上網(wǎng)絡(luò)的混合互連Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的混合偽自適應(yīng)路由算法，具體包括如下步驟:
[0057]步驟1、當(dāng)數(shù)據(jù)包注入網(wǎng)絡(luò)時，對數(shù)據(jù)包預(yù)設(shè)分別采用XY路由算法或YX路由算法的路徑條件；
[0058]步驟2、當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)路由節(jié)點(diǎn)時，解析當(dāng)前路由節(jié)點(diǎn)緩存中第一個數(shù)據(jù)包的目的地址(dest_x, dest_y)和預(yù)設(shè)路徑標(biāo)識XY_router,并判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)地址(co_x, co_y)是否為目的節(jié)點(diǎn)，如果是，轉(zhuǎn)到步驟7 ;否則轉(zhuǎn)到下一步；
[0059]步驟3、根據(jù)預(yù)設(shè)路徑標(biāo)識XY_r0Uter，求出預(yù)設(shè)路由路徑的下一級路由節(jié)點(diǎn)“A”的地址(next_x_l, next_y_l),具體為:
[0060](I)當(dāng)路徑標(biāo)識XY_r0Uter表示數(shù)據(jù)包選擇XY路由路徑，則下一級路由節(jié)點(diǎn)地址(next_x_l, next_y_l)可以通過公式(3.1)和(3.2)計算得到:
[0061]next_x_l = co_x+[u (k)-U (_k) ](0.7)
[0062]next_y_l = co_y+ [u (t) _u (_t) ] X | [u (k) _u (_k) ] —I |(0.8)



[0063]其中，k= dest_x-co_x, t = dext_y-co_y,
【權(quán)利要求】
1.一種用于片上網(wǎng)絡(luò)的混合互連Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),其特征在于:在傳統(tǒng)Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上添加了一條緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞和熱點(diǎn)形成的共享總線，當(dāng)Mesh網(wǎng)絡(luò)不擁塞時，數(shù)據(jù)包是通過Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行傳輸；iMesh網(wǎng)絡(luò)較為擁塞時，則通過共享總線傳輸，每個路由節(jié)點(diǎn)對應(yīng)增加一對輸入輸出端口和總線接口，路由節(jié)點(diǎn)通過總線接口與共享總線相連，在上級路由節(jié)點(diǎn)輸出端口和下級路由節(jié)點(diǎn)輸入端口之間增加兩比特信號線，用于標(biāo)識下級路由節(jié)點(diǎn)輸入端口緩沖區(qū)的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于片上網(wǎng)絡(luò)的混合互連Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的混合偽自適應(yīng)路由算法，其特征在于:當(dāng)數(shù)據(jù)包注入網(wǎng)絡(luò)時，對數(shù)據(jù)包預(yù)設(shè)分別采用XY路由算法或YX路由算法的路徑條件；當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)路由節(jié)點(diǎn)時，當(dāng)前路由節(jié)點(diǎn)先根據(jù)預(yù)設(shè)的路徑，判斷下一級路由節(jié)點(diǎn)的輸入端口緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)是否超過其容量的預(yù)設(shè)比例值，若不超過，則仍然沿著預(yù)先選定的路徑傳輸；若超過且滿足最小路徑要求的兩個相鄰的路由節(jié)點(diǎn)對應(yīng)輸入端口中緩沖區(qū)數(shù)據(jù)存儲量都不滿，則需要在滿足最小路徑要求的兩個相鄰路由節(jié)點(diǎn)中選擇對應(yīng)輸入端口的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)包較少的路由節(jié)點(diǎn)作為下一級路由節(jié)點(diǎn)；若滿足最小路徑要求的兩個相鄰的路由節(jié)點(diǎn)對應(yīng)輸入端口中緩沖區(qū)均滿，則選擇通過共享總線進(jìn)行傳輸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于片上網(wǎng)絡(luò)的混合互連Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的混合偽自適應(yīng)路由算法，其特征在于具 體包括如下步驟: 步驟1、當(dāng)數(shù)據(jù)包注入網(wǎng)絡(luò)時，對數(shù)據(jù)包預(yù)設(shè)分別采用XY路由算法或YX路由算法的路徑條件； 步驟2、當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)路由節(jié)點(diǎn)時，解析當(dāng)前路由節(jié)點(diǎn)緩存中第一個數(shù)據(jù)包的目的地址(dest_x, dest_y)和預(yù)設(shè)路徑標(biāo)識XY_router,并判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)地址(co_x, co_y)是否為目的節(jié)點(diǎn)，如果是，轉(zhuǎn)到步驟7 ;否則轉(zhuǎn)到下一步； 步驟3、根據(jù)預(yù)設(shè)路徑標(biāo)識XY_r0Uter，求出預(yù)設(shè)路由路徑的下一級路由節(jié)點(diǎn)“A”的地址(next_x_l, next_y_l),具體為: (1)當(dāng)路徑標(biāo)識XY_router表示數(shù)據(jù)包選擇XY路由路徑，則下一級路由節(jié)點(diǎn)地址(next_x_l, next_y_l)可以通過公式(3.1)和(3.2)計算得到:
next 一 X _1 = co 一 X + 對 J J: U + [_ -|球)-u{-k)] - l| (ο,I)


「I , i>0 其中，Α=?^:?_Χ-￡:0_Χ,￡=?^?_/-<:υ,.n 是一個單位階躍函數(shù)；


[O 3 I <0 (2)當(dāng)路徑標(biāo)識XY_router表示數(shù)據(jù)包選擇YX路由路徑，則下一級路由節(jié)點(diǎn)地址(next_x_l, next_y_l)可以通過公式(3.3)和(3.4)計算得到:
next _ X_I = co_ X + [2^(k) - u(-1)] x |u(i) - ti(-1)] - 1^0.1 I
next _y_l = co_y + 判斷預(yù)設(shè)路由路徑的下一級路由節(jié)點(diǎn)“A”相應(yīng)輸入端口緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)是否超過其容量的預(yù)置比例值，若不超過，則仍然沿著預(yù)先選定的路徑傳輸，將數(shù)據(jù)包發(fā)送至節(jié)點(diǎn)“A”，并轉(zhuǎn)到步驟2;否則轉(zhuǎn)到下一步；步驟4:計算滿足最小路徑傳輸要求的另一條路由路徑的下一級路由節(jié)點(diǎn)“B”的地址(next_x_2, next_y_2),可以通過公式(3.5)、(3.6)計算得到:
【文檔編號】H04L12/721GK103986664SQ201410205230
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】林世俊, 劉招山, 石江宏, 陳輝煌 申請人:廈門大學(xué)