一種低緩沖區(qū)片上網(wǎng)絡路由器及路由方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低緩沖區(qū)片上網(wǎng)絡路由器，包括n個輸入端口，n個輸入寄存器、路由計算模塊、優(yōu)先級計算模塊、端口分配模塊、交叉開關、p個單微片緩存器，p個輸出端口組成，當高優(yōu)先級與次高優(yōu)先級微片出現(xiàn)有效輸出端口競爭時，端口分配模塊根據(jù)優(yōu)先級仲裁策略將次高優(yōu)先級微片發(fā)送至相應的單微片緩存器，當其它低優(yōu)先級微片競爭此端口時，分配偏轉輸出端口；待輸出端口空閑時將次高優(yōu)先級微片直接輸出至下級路由節(jié)點。本發(fā)明能有效降低片上網(wǎng)絡的面積和功耗，同時保證延時和吞吐率性能，適用于構建高性能片上系統(tǒng)。
【專利說明】-種低緩沖區(qū)片上網(wǎng)絡路由器及路由方法

【技術領域】：
[0001] 本發(fā)明涉及片上網(wǎng)絡設計領域，特別是涉及一種減小緩沖區(qū)面積的片上路由器設 計方法及路由方法。

【背景技術】：
[0002] 在多核處理器和IP核集成設計領域，總線互連成為制約大規(guī)模片上系統(tǒng)發(fā)展的 瓶頸。研究人員借鑒宏觀計算機并行網(wǎng)絡的設計思想提出了基于路由和包交換技術的片上 網(wǎng)絡（Network on Chip, NoC)互連方式，有效解決了總線互連的全局時鐘、長互連線延時、 擴展資源有限等問題。片上網(wǎng)絡主要由資源節(jié)點（各種IP核）、網(wǎng)絡接口、路由節(jié)點、互連 通道等組成。作為片上網(wǎng)絡最關鍵的部件，片上路由器的性能直接影響著NoC的整體性能 表現(xiàn)。在IP核集成度日益增加的情況下，如何降低整個NoC的面積和功耗，同時又能提高 NoC的數(shù)據(jù)包延時和吞吐率性能，成為片上路由器設計的關鍵所在。
[0003] 常用的片上網(wǎng)絡路由器主要分為虛擬通道路由器、無緩沖路由器兩種。虛擬通道 路由器使用多路虛擬通道緩存由于端口競爭而不能轉發(fā)的數(shù)據(jù)微片，能夠解決資源沖突、 改善帶寬利用率，但虛擬通道占用較多的片上存儲資源并會導致功耗增加，例如在MIT RAW 多核片上系統(tǒng)中，路由器的緩沖區(qū)面積占了芯片總面積的75%，緩沖區(qū)的功耗占路由器功 耗的22%以上。此外，虛擬通道管理和分配、路由器之間的流控制機制、死鎖避免等問題也 增加了設計復雜度。無緩沖路由器概念的提出對于降低片上網(wǎng)絡的設計復雜度、減小面積 和功耗具有極為重要的意義。在無緩沖路由器中，除輸入寄存器外，沒有額外的緩沖區(qū)，路 由器接收到數(shù)據(jù)微片后立即將其轉發(fā)到下一個路由器。在出現(xiàn)競爭的情況下，路由器以丟 包或者將包偏離最短路徑路由的方式處理。與虛擬通道路由器相比，無緩沖路由器具有面 積小、功耗低、無死鎖、設計復雜度低等優(yōu)勢，很大程度上降低了路由器的硬件開銷。然而基 于丟包的無緩沖路由器需要額外的應答機制，重復發(fā)包導致效率低下；基于偏轉的無緩沖 路由器的自適應路由特性使得包的路由路徑不可預測，在網(wǎng)絡通信量較大時存在數(shù)據(jù)包的 偏轉次數(shù)增多，延時增大，此外關鍵數(shù)據(jù)包同樣會以不確定的路徑傳輸，不能提供服務質量 保證。
[0004] 綜上所述，現(xiàn)有的兩種片上網(wǎng)絡路由器結構各有不足，因此對片上網(wǎng)絡路由器及 路由方法進行設計，使之既能降低路由器的緩沖區(qū)面積和整體功耗，又能保證延時和吞吐 率性能和滿足一定的服務質量需求，是適應高性能片上網(wǎng)絡發(fā)展的必然要求，對于大規(guī)模 IP核片上系統(tǒng)設計具有重要意義。


【發(fā)明內容】
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[0005] 針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種低緩沖區(qū)片上網(wǎng)絡路由 器，在路由節(jié)點中增加單微片緩存器，結合本地節(jié)點輸出優(yōu)先、高優(yōu)先級優(yōu)先、次高優(yōu)先級 在單微片緩存器中緩存并等待輸出端口空閑周期發(fā)送的仲裁算法，使因端口競爭導致偏轉 的微片數(shù)量大大減少；結合源節(jié)點在注入網(wǎng)絡之前置高待發(fā)送微片的優(yōu)先級值的方法，使 關鍵數(shù)據(jù)包在整個過程中都沿最短路徑傳輸，提供了服務質量保證。
[0006] 本發(fā)明的發(fā)明目的通過以下技術方案實現(xiàn)：
[0007] -種低緩沖區(qū)片上網(wǎng)絡路由器，結構包括η個輸入端口，η個輸入寄存器、路由計 算模塊、優(yōu)先級計算模塊、端口分配模塊、交叉開關、Ρ個單微片緩存器，Ρ個輸出端口組成， 其中：
[0008] 所述η個輸入端口中1個用于連接本地網(wǎng)絡接口至路由節(jié)點，其余η-1個輸入端 口用于連接上級路由節(jié)點和本地路由節(jié)點；本地網(wǎng)絡接口連接本地資源節(jié)點（IP核）；
[0009] 所述η個輸入寄存器寄存上級節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)微片；
[0010] 所述路由計算模塊讀取微片地址域信息，根據(jù)相對尋址算法計算得出微片的有效 輸出端口；
[0011] 所述優(yōu)先級計算模塊讀取微片的優(yōu)先級域信息，并更新優(yōu)先級的值；
[0012] 所述端口分配模塊為微片分配輸出端口，根據(jù)仲裁策略解決端口競爭問題；所述 交叉開關連接輸入寄存器和輸出端口，將分配好輸出端口的微片發(fā)送至對應端口輸出；
[0013] 所述單微片緩存器用以緩存與高優(yōu)先級微片競爭的次高優(yōu)先級微片，待輸出端口 空閑周期發(fā)送；
[0014] 依據(jù)上述特征，所述路由器的路由計算模塊和優(yōu)先級計算模塊并行執(zhí)行，為寄存 -路由計算/優(yōu)先級計算一端口分配一輸出四級流水線結構。
[0015] 依據(jù)上述特征，路由器的輸入端口數(shù)目η小于等于輸出端口數(shù)目Ρ。
[0016] 依據(jù)上述特征，路由器的端口分配模塊中還包含一個ρ位輸出端口狀態(tài)寄存器， 用以標志當前各個輸出端口的狀態(tài)，該狀態(tài)寄存器可以被單微片緩存器和本地網(wǎng)絡接口讀 取。
[0017] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種低緩沖區(qū)片上網(wǎng)絡路由器的路由方法，包括以下 步驟：
[0018] 步驟A :源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)至網(wǎng)絡接口，網(wǎng)絡接口將原始數(shù)據(jù)打包為符合片上網(wǎng)絡 傳輸幀格式的數(shù)據(jù)微片；
[0019] 步驟B :網(wǎng)絡接口檢測與源節(jié)點相連的路由器狀態(tài)，若有除輸出方向為本地源節(jié) 點的任何一個輸出端口空閑，則發(fā)送數(shù)據(jù)微片至路由器的輸入寄存器，否則等待下次檢 測；
[0020] 步驟C:路由計算模塊讀取輸入寄存器中的微片地址域信息，根據(jù)相對尋址算法 計算微片的有效輸出端口；
[0021] 步驟D :優(yōu)先級計算模塊讀取輸入寄存器中的微片優(yōu)先級域信息，更新優(yōu)先級值， 并將優(yōu)先級信息發(fā)送給端口分配模塊；
[0022] 步驟E :端口分配模塊為各微片分配輸出端口，當高優(yōu)先級與次高優(yōu)先級微片出 現(xiàn)有效輸出端口競爭時，根據(jù)優(yōu)先級仲裁策略將次高優(yōu)先級微片發(fā)送至單微片緩存器，當 其它低優(yōu)先級微片競爭此端口時，分配偏轉輸出端口；
[0023] 步驟F:交叉開關將輸入寄存器中的微片發(fā)送至輸出端口輸出至下級路由節(jié)點， 單微片緩存器中的微片在路由器四級流水線的輸出端口空閑周期直接輸出至下級路由節(jié) 占.
[0024] 步驟G:微片最終到達終點路由器后，在網(wǎng)絡接口的重排序緩沖區(qū)中進行緩存和 排序，排序好的數(shù)據(jù)包轉換為目的節(jié)點接口協(xié)議數(shù)據(jù)后發(fā)送至目的節(jié)點。
[0025] 其中，所述數(shù)據(jù)微片的幀格式包含狀態(tài)有效域、頭信息域、優(yōu)先級域、地址域和數(shù) 據(jù)域；狀態(tài)有效域標志該微片是否為有效數(shù)據(jù)微片；頭信息域標志該微片所屬的數(shù)據(jù)包及 序號信息；優(yōu)先級域記錄該微片在片上網(wǎng)絡中傳輸經(jīng)過的路由器數(shù)；地址域包含該微片的 源地址和目的地址信息；數(shù)據(jù)域承載源節(jié)點發(fā)送的有效數(shù)據(jù)。所述有效輸出端口是指微片 由當前路由器的端口輸出時不增加其最短路徑長度的端口。所述偏轉端口是指微片由當前 路由器的端口輸出時使其最短路徑長度增加的端口。
[0026] 依據(jù)上述特征，所述步驟A中還包括源節(jié)點發(fā)送緊急數(shù)據(jù)包時可通過在注入網(wǎng)絡 之前將微片優(yōu)先級值置為最高的方法，使微片經(jīng)過每個路由節(jié)點時都能被分配有效輸出端 口，整個路由過程以最短路徑傳輸，從而提供服務質量保證。
[0027] 依據(jù)上述特征，所述步驟E的優(yōu)先級仲裁策略包括：首先判斷微片的輸出端口是 否為本地節(jié)點，若有一個微片到達本地節(jié)點，則為其分配本地輸出端口；若有兩個微片到達 本地節(jié)點，則為優(yōu)先級高的分配本地輸出端口，優(yōu)先級低的發(fā)送到本地輸出端口的單微片 緩存器，等待空閑周期輸出；若有三個及三個以上微片到達本地節(jié)點，則優(yōu)先級最高的分配 本地輸出端口，優(yōu)先級次高的送到本地輸出端口的單微片緩存器，等待空閑周期輸出，其余 分配偏轉端口。完成輸出端口為本地節(jié)點的微片分配后，剩余微片優(yōu)先級最高的分配有效 輸出端口，優(yōu)先級次高的微片的有效輸出端口與之相同時發(fā)送至有效輸出端口的單微片緩 存器，等待空閑周期輸出，其余微片按照優(yōu)先級分配有效輸出端口，出現(xiàn)競爭時分配偏轉端 口。如果高優(yōu)先級微片有兩個有效輸出端口，且兩個有效輸出端口與次高優(yōu)先級微片的有 效輸出端口完全相同或完全不同，則優(yōu)先選擇X方向輸出端口；如果高優(yōu)先級微片的兩個 有效輸出端口與次高優(yōu)先級的有效輸出端口有一個相同，則選擇與次高優(yōu)先級有效輸出端 口不同的一個。
[0028] 依據(jù)上述特征，所述步驟A中還包括源節(jié)點發(fā)送緊急數(shù)據(jù)包時可通過在注入網(wǎng)絡 之前將微片優(yōu)先級值置為最高的方法，使微片經(jīng)過每個路由節(jié)點時都能被分配有效輸出端 口，整個路由過程以最短路徑傳輸，從而提供服務質量保證。
[0029] 現(xiàn)有的無緩沖路由器雖然緩存資源少，但因所有微片在路由器中不作停留，當微 片出現(xiàn)輸出端口競爭時，只有優(yōu)先級最高的微片得到有效端口，其他微片分配偏轉端口，即 使微片當前輸出端口為本地節(jié)點也要執(zhí)行偏轉，這樣大大增加了整個數(shù)據(jù)包的傳輸路徑和 延時，造成網(wǎng)絡中負載升高，從而阻礙其它數(shù)據(jù)包的傳輸。采用上述技術方案設計能夠保證 在每個路由節(jié)點處能夠至少縮短一個與高優(yōu)先級微片競爭有效輸出端口的微片的傳輸路 徑，同時通過優(yōu)先級域提前置高，能夠保證源節(jié)點發(fā)送的緊急數(shù)據(jù)微片以最短路徑傳輸，所 以能夠有效降低整體數(shù)據(jù)微片的統(tǒng)計延時，提高網(wǎng)絡資源利用率，同時提供一定的服務質 量保證。另外，相比于傳統(tǒng)多路虛擬通道路由器，每組輸入輸出端口只采用一個單微片緩存 器，可以有效降低片上網(wǎng)絡路由器的緩沖區(qū)面積和整體功耗。
[0030] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0031] 圖1為本發(fā)明路由方法具體實施例的數(shù)據(jù)微片幀格式示意圖；
[0032] 圖2為本發(fā)明路由器具體實施例的結構示意圖；
[0033] 圖3為本發(fā)明路由方法具體實施例的相對尋址過程示意圖；
[0034] 圖4為本發(fā)明路由方法具體實施例中的端口分配仲裁策略流程示意圖；
[0035] 圖5為本發(fā)明路由器具體實施例在4X4 Mesh網(wǎng)絡拓撲結構中的應用示意圖。

【具體實施方式】：
[0036] 為了更清楚的介紹本發(fā)明提出的一種低緩沖區(qū)片上網(wǎng)絡路由器及路由方法，下面 將結合附圖和具體實例進行詳細說明。
[0037] 根據(jù)說明書所述的低緩沖區(qū)片上網(wǎng)絡路由方法，它所采用的數(shù)據(jù)微片幀格式實例 如圖1所示。每個數(shù)據(jù)微片包含狀態(tài)有效域V、頭信息域H、優(yōu)先級域P、地址域Addr和數(shù)據(jù) 域Data。每個微片在網(wǎng)絡中獨立發(fā)送，同屬于一個數(shù)據(jù)包的微片經(jīng)由相同或不同的路徑到 達終點路由器后首先在網(wǎng)絡接口的重組緩沖區(qū)進行排序，排序好的完整數(shù)據(jù)包發(fā)送給目的 節(jié)點。以4X4MESH網(wǎng)絡拓撲結構為例，每個數(shù)據(jù)包包含1至3個微片，每個微片具體幀結 構如下：
[0038] 狀態(tài)有效域為lbit，V = 0 :無效微片，V = 1 :有效微片；
[0039] 頭信息域為2bit，H = 00 :頭微片，Η = 01 :中間微片，Η = 10 :尾微片，Η = 11 :單 獨微片；
[0040] 優(yōu)先級域為16bit，Ρ = 0x0000 :初始優(yōu)先級值，P = OxFFFF為最高優(yōu)先級值；
[0041] 地址域為8bit,源地址S占前4bit,目的地址D占后4bit ;
[0042] 數(shù)據(jù)域為37bit，承載源節(jié)點發(fā)送的有效數(shù)據(jù)，微片總位寬為64bit。
[0043] 圖2所示為本發(fā)明路由器的具體實施例的結構圖。如圖中所示，本路由器為位于 4X4Mesh網(wǎng)絡拓撲結構中心的路由器，輸入端口數(shù)和輸出端口數(shù)都為5,包括：4個方向的 輸入輸出端口和1個方向的本地輸入輸出端口；5個輸入寄存器，寄存上級路由節(jié)點或者網(wǎng) 絡接口發(fā)送來的數(shù)據(jù)微片；1個路由計算模塊，讀取微片地址域信息，根據(jù)相對尋址算法計 算有效輸出端口；1個優(yōu)先級計算模塊，讀取微片的優(yōu)先級域信息，如果本路由器不是終點 路由器則執(zhí)行加1操作；1個端口分配模塊，為微片分配輸出端口，根據(jù)仲裁策略解決端口 競爭問題，還包括1個輸出端口狀態(tài)寄存器，用以控制網(wǎng)絡接口注入數(shù)據(jù)微片以及控制單 微片緩存器輸出數(shù)據(jù)微片；1個交叉開關，連接5個輸入寄存器和5個輸出端口；5個單微片 緩存器，用以緩存與高優(yōu)先級微片競爭的次高優(yōu)先級微片，在輸出端口空閑周期時使能連 接對應的輸出端口；此外還包括1個與本地路由器相連的網(wǎng)絡接口，用于源節(jié)點和片上網(wǎng) 絡傳輸協(xié)議轉換；1個與本地路由器相連的重組緩沖區(qū)，用于對到達目的節(jié)點的數(shù)據(jù)微片 進行重組排序。
[0044] 路由器的工作過程為寄存一路由計算/優(yōu)先級計算一端口分配一輸出四級流水 線機制，輸出端口的狀態(tài)在前三個周期為空閑狀態(tài)，通過端口分配模塊中的輸出端口狀態(tài) 寄存單元即可監(jiān)測現(xiàn)有輸出端口在下個周期是否被分配。寄存單元為4bit寄存器，其中前 三位代表輸出端口，優(yōu)選的，〇〇〇代表E方向端口；001代表S方向端口；010代表W方向端 口；011代表N方向端口；111代表N方向端口；后一位代表忙閑狀態(tài)，0代表空閑狀態(tài)，未被 分配；1代表忙狀態(tài)，已被分配。單微片緩存器可以有效利用空閑周期，將緩存的微片順利 發(fā)送給下級路由節(jié)點，避免了路徑的偏轉。
[0045] 圖3所示為本發(fā)明路由方法具體實施例的相對尋址過程示意圖。在4X4Mesh網(wǎng) 絡拓撲結構中，路由器的地址采用4bit表示，前2bit表示X坐標，后2bit表示Y坐標。微 片目的地址D為（Xd，Yd)，存儲在微片的地址域后4bit ;所在當前路由器地址為（X。，Υ。)，則 相對尋址得到有效輸出端口的過程采用坐標比較的方式，根據(jù)坐標相對值決定有效輸出端 口的方向，這一算法在硬件上（如FPGA器件）易于綜合實現(xiàn)。
[0046] 圖4所示為本發(fā)明路由方法具體實施例的端口分配仲裁策略流程示意圖。首先 判斷各個輸入寄存器中微片的輸出端口是否為本地節(jié)點，若有一個微片到達本地節(jié)點，則 為其分配本地輸出端口；若有兩個微片到達本地節(jié)點，則為優(yōu)先級高的分配本地輸出端口， 優(yōu)先級低的發(fā)送到本地輸出端口的單微片緩存器，等待空閑周期輸出；若有三個及三個以 上微片到達本地節(jié)點，則優(yōu)先級最高的分配本地輸出端口，優(yōu)先級次高的送到本地輸出端 口的單微片緩存器，等待空閑周期輸出，其余分配偏轉端口。若無輸出端口為本地節(jié)點的微 片，或者完成輸出端口為本地節(jié)點的微片分配后，剩余微片優(yōu)先級最高的分配有效輸出端 口，如果高優(yōu)先級微片有兩個有效輸出端口，且兩個有效輸出端口與次高優(yōu)先級微片的有 效輸出端口完全相同或完全不同，則優(yōu)先選擇X方向輸出端口；如果高優(yōu)先級微片的兩個 有效輸出端口與次高優(yōu)先級的有效輸出端口有一個相同，則選擇與次高優(yōu)先級有效輸出端 口不同的一個。優(yōu)先級次高的分配有效輸出端口，出現(xiàn)競爭時發(fā)送至有效輸出端口的單微 片緩存器，等待空閑周期輸出，其余微片按照優(yōu)先級分配有效輸出端口，出現(xiàn)競爭時分配偏 轉端口。本領域人員可以理解，各個輸入寄存器中優(yōu)先級出現(xiàn)相等的情況下，同樣可以實現(xiàn) 分配，在選擇判斷條件時只要使用條件語句微片Π 優(yōu)先級<微片f2優(yōu)先級，或者微片Π 優(yōu)先級>微片f2優(yōu)先級執(zhí)行仲裁算法即可。另外優(yōu)先級域最大值為OxFFFF，為防止溢出， 增加判斷條件：如果微片f優(yōu)先級值為OxFFFF，停止優(yōu)先級值加1操作即可。
[0047] 圖5所示為本發(fā)明路由器具體實施例的路由器在4X4Mesh網(wǎng)絡拓撲結構中的應 用示意圖。路由器結構采用低緩沖區(qū)片上路由方法設計，相比于傳統(tǒng)的虛擬通道路由器，能 極大的降低緩沖區(qū)面積。例如對于4路虛擬通道路由器，每個數(shù)據(jù)包同樣包含3個64bit的 微片，每個虛擬通道可以緩存3個微片，則整個4 X 4Mesh網(wǎng)絡僅路由器就需使用48KB的緩 存空間。而對基于本發(fā)明路由方法設計的路由器，中心路由器只有各個端口的輸入寄存器 和單微片緩存器，只需要使用8KB的緩存空間，僅為前者的17%，大大減小了片上緩存資源 的使用。即使加上網(wǎng)絡接口中的重組緩沖區(qū)面積，也遠低于虛通道路由器的緩存空間，整個 效果非?？捎^。此外，本路由器可以適用于輸入端口數(shù)小于等于輸出端口數(shù)的片上網(wǎng)絡拓 撲結構，這些結構包括Mesh、Torus、Hypercubes、Fat-Trees等。Mesh結構比較簡單，硬件 容易實現(xiàn)，研究中多被采用。對于與路由器相連的IP核，可以為同構IP核，如RISC CPU，也 可以為異構IP核，如DSP、GPU、SDRAM等，IP核采用規(guī)范的接口協(xié)議，如AXI、PLB、AHB、APB 等，可以大大減輕片上網(wǎng)絡接口的設計難度，相應的NI接口種類也分為AXI網(wǎng)絡接口、PLB 網(wǎng)絡接口、AHB網(wǎng)絡接口、APB網(wǎng)絡接口等，主要作用為IP核接口協(xié)議與片上網(wǎng)絡傳輸協(xié)議 的轉換。
[0048] 需要闡明的是上述實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參 照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，但對上述技術方案進行修改，或者對其中部分 技術特征進行等同替換；這些修改或替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明實施例 技術方案的精神和范圍。
【權利要求】
1. 一種低緩沖區(qū)片上網(wǎng)絡路由器，其特征在于，所述路由器的結構包括η個輸入端口， η個輸入寄存器、路由計算模塊、優(yōu)先級計算模塊、端口分配模塊、交叉開關、ρ個單微片緩 存器，Ρ個輸出端口組成，其中： 所述η個輸入端口中1個用于連接本地網(wǎng)絡接口至路由節(jié)點，其余η-1個輸入端口用 于連接上級路由節(jié)點和本地路由節(jié)點； 所述η個輸入寄存器寄存上級節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)微片； 所述路由計算模塊讀取數(shù)據(jù)微片的地址域信息，根據(jù)相對尋址算法計算得出數(shù)據(jù)微片 的有效輸出端口； 所述優(yōu)先級計算模塊讀取數(shù)據(jù)微片的優(yōu)先級域信息，并更新優(yōu)先級的值； 所述端口分配模塊為數(shù)據(jù)微片分配輸出端口，根據(jù)仲裁策略解決端口競爭問題，當高 優(yōu)先級與次高優(yōu)先級數(shù)據(jù)微片出現(xiàn)有效輸出端口競爭時，將次高優(yōu)先級微片發(fā)送至相應的 單微片緩存器，當其它低優(yōu)先級微片競爭此端口時，分配偏轉輸出端口； 所述交叉開關連接輸入寄存器和輸出端口，將分配好輸出端口的微片發(fā)送至對應端口 輸出； 所述單微片緩存器用以緩存與高優(yōu)先級微片競爭的次高優(yōu)先級微片，待輸出端口空閑 周期發(fā)送。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種低緩沖區(qū)片上網(wǎng)絡路由器，其特征在于，路由器的路由 計算模塊和優(yōu)先級計算模塊并行執(zhí)行，為寄存一路由計算/優(yōu)先級計算一端口分配一輸出 四級流水線結構。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種低緩沖區(qū)片上網(wǎng)絡路由器，其特征在于，片上網(wǎng)絡中的 路由器的輸入端口數(shù)目η小于等于輸出端口數(shù)目ρ。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種低緩沖區(qū)片上網(wǎng)絡路由器，其特征在于，路由器的端口 分配模塊中還包含一個Ρ位輸出端口狀態(tài)寄存器，用以標志當前各個輸出端口的狀態(tài)，該 狀態(tài)寄存器可以被單微片緩存器和本地網(wǎng)絡接口讀取。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種低緩沖區(qū)片上網(wǎng)絡路由器的路由方法，其特征在于，所 述方法包括以下步驟： 步驟A :源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)至網(wǎng)絡接口，網(wǎng)絡接口將原始數(shù)據(jù)封裝為符合片上網(wǎng)絡傳輸 幀格式的數(shù)據(jù)微片； 步驟B :網(wǎng)絡接口檢測與源節(jié)點相連的路由器狀態(tài)，若有除輸出方向為本地源節(jié)點的 任何一個輸出端口空閑，則發(fā)送數(shù)據(jù)微片至路由器的輸入寄存器，否則等待下次檢測； 步驟C :路由計算模塊讀取輸入寄存器中的數(shù)據(jù)微片的地址域信息，根據(jù)相對尋址算 法計算數(shù)據(jù)微片的有效輸出端口； 步驟D:優(yōu)先級計算模塊讀取輸入寄存器中的數(shù)據(jù)微片的優(yōu)先級域信息，更新優(yōu)先級 值，并將優(yōu)先級信息發(fā)送給端口分配模塊； 步驟E :端口分配模塊為各數(shù)據(jù)微片分配輸出端口，當高優(yōu)先級與次高優(yōu)先級數(shù)據(jù)微 片出現(xiàn)有效輸出端口競爭時，根據(jù)優(yōu)先級仲裁策略將次高優(yōu)先級微片發(fā)送至相應的單微片 緩存器，當其它低優(yōu)先級微片競爭此端口時，分配偏轉輸出端口； 步驟F:交叉開關將輸入寄存器中的高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)微片發(fā)送至輸出端口輸出至下級 路由節(jié)點，單微片緩存器中的數(shù)據(jù)微片在輸出端口空閑周期直接輸出至下級路由節(jié)點； 步驟G:數(shù)據(jù)微片最終到達終點路由器后，在網(wǎng)絡接口的重排序緩沖區(qū)中進行緩存和 排序，排序好的數(shù)據(jù)包轉換為符合目的節(jié)點接口協(xié)議的數(shù)據(jù)后發(fā)送至目的節(jié)點。
6. 根據(jù)權利要求5所述的路由方法，其特征在于步驟A中所述數(shù)據(jù)微片的幀格式包含 狀態(tài)有效域、頭信息域、優(yōu)先級域、地址域和數(shù)據(jù)域；狀態(tài)有效域標志該微片是否為有效數(shù) 據(jù)微片；頭信息域標志該微片所屬的數(shù)據(jù)包及序號信息；優(yōu)先級域記錄該微片在片上網(wǎng)絡 中傳輸經(jīng)過的路由器數(shù)，該數(shù)值即為優(yōu)先級值；地址域包含該微片的源地址和目的地址信 息；數(shù)據(jù)域承載源節(jié)點發(fā)送的有效數(shù)據(jù)。
7. 根據(jù)權利要求5所述的路由方法，其特征在于，所述步驟A中還包括源節(jié)點發(fā)送緊急 數(shù)據(jù)包時可在微片注入網(wǎng)絡之前將優(yōu)先級域置為最高，使微片經(jīng)過每個路由節(jié)點時都能被 分配有效輸出端口，整個路由過程以最短路徑傳輸，從而提供服務質量保證。
8. 根據(jù)權利要求5所述的路由方法，其特征在于，所述步驟D中更新優(yōu)先級值的方法為 如果本路由器不是終點路由器則對數(shù)據(jù)微片的優(yōu)先級值執(zhí)行加1操作，如果數(shù)據(jù)微片的優(yōu) 先級值為最大值時，停止優(yōu)先級值加1操作。
9. 根據(jù)權利要求5所述的路由方法，其特征在于，所述步驟E的優(yōu)先級仲裁策略包括： a) 首先判斷數(shù)據(jù)微片的輸出端口是否為本地節(jié)點，若有一個微片到達本地節(jié)點，則為 其分配本地輸出端口；若有兩個微片到達本地節(jié)點，則為優(yōu)先級高的分配本地輸出端口，優(yōu) 先級低的發(fā)送到本地輸出端口的單微片緩存器，等待空閑周期輸出；若有三個及三個以上 微片到達本地節(jié)點，則優(yōu)先級最高的分配本地輸出端口，優(yōu)先級次高的送到本地輸出端口 的單微片緩存器，等待空閑周期輸出，其余微片分配偏轉端口； b) 完成輸出端口為本地節(jié)點的微片分配后，剩余微片優(yōu)先級最高的分配有效輸出端 口，優(yōu)先級次高的微片的有效輸出端口與之相同時發(fā)送至有效輸出端口的單微片緩存器， 等待空閑周期輸出，其余微片按照優(yōu)先級分配有效輸出端口，出現(xiàn)競爭時分配偏轉端口； c) 如果高優(yōu)先級微片有兩個有效輸出端口，且兩個有效輸出端口與次高優(yōu)先級微片的 有效輸出端口完全相同或完全不同，則優(yōu)先選擇X方向輸出端口；如果高優(yōu)先級微片的兩 個有效輸出端口與次高優(yōu)先級的有效輸出端口有一個相同，則選擇與次高優(yōu)先級微片有效 輸出端口不同的一個。
【文檔編號】H04L12/865GK104158738SQ201410437689
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權日:2014年8月29日
【發(fā)明者】王榮陽, 袁泉 申請人:中國航空無線電電子研究所