一種基于片上網(wǎng)絡(luò)的通信結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子物理技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域中的一種基于片上網(wǎng)絡(luò)的通信結(jié)構(gòu)。該通信結(jié)構(gòu)包括兩部分:路由器和流量控制器；本發(fā)明是建立在片上網(wǎng)絡(luò)N0C(NetWOrk-On-Chip)基礎(chǔ)上，在NoC的各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上通過(guò)路由器采用分組交換的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)中來(lái)自不同方向的數(shù)據(jù)流的均衡、高效的分組，通過(guò)流量控制器對(duì)數(shù)據(jù)分組傳輸，組成一個(gè)具有計(jì)算和通信功能的完整通信系統(tǒng)，很好的解決了由于目前片上系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越大，使IP核急劇增加帶來(lái)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r(shí)問(wèn)題和數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟痪鈫?wèn)題。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路工藝尺寸的等比例減小，片上系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越大，單一芯片上集成的處理器核一一IP核的數(shù)量迅速增加，需要更高的核間通信的帶寬來(lái)滿足系統(tǒng)的要求。當(dāng)片上系統(tǒng)的處理器核數(shù)量較少的時(shí)候，采用交叉開(kāi)關(guān)等集中式的互聯(lián)結(jié)構(gòu)可以滿足系統(tǒng)的要求。但是，隨著芯片中處理器數(shù)量的迅速增加，這種集中式的互聯(lián)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了以下問(wèn)題:(1)互聯(lián)結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性比較差，不利于系統(tǒng)的規(guī)模的擴(kuò)大；(2)設(shè)計(jì)復(fù)雜度和面積開(kāi)銷較大，不利于多核片上系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?；谄暇W(wǎng)絡(luò)NoC(Network-on-Chip)的結(jié)點(diǎn)路由器采用數(shù)據(jù)分組交換的方法替代傳統(tǒng)的總線通訊方法，和流量控制器共同組成具有計(jì)算和通信功能的完整系統(tǒng)，很好的解決了集中式互聯(lián)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的問(wèn)題。
[0003]傳統(tǒng)的多核片上系統(tǒng)SoC(System-on-Chip)采用的核間通信機(jī)構(gòu)主要包括總線式結(jié)構(gòu)和交叉開(kāi)關(guān)式結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)雖然在多核片上系統(tǒng)SoC的設(shè)計(jì)上應(yīng)用廣泛，但是如果片上系統(tǒng)的IP核的數(shù)量大量增加，傳統(tǒng)的片上系統(tǒng)核間通信結(jié)構(gòu)一方面在設(shè)計(jì)復(fù)雜度和系統(tǒng)的可擴(kuò)展性上面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，另一方面多核間互聯(lián)線的延遲和系統(tǒng)的功耗問(wèn)題也越來(lái)越突出。二維網(wǎng)狀片上網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(2D Mesh)的規(guī)則性和易擴(kuò)展性，有利于布局布線。本發(fā)明就是基于二維網(wǎng)狀片上網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變型，提出來(lái)一種均衡負(fù)載、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可復(fù)用的片上網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本發(fā)明的目的就是為解決復(fù)雜片上系統(tǒng)SoC面臨的性能、功耗、延時(shí)和可靠性等各種問(wèn)題。
[0004]中國(guó)航空無(wú)線電電子研宄所申請(qǐng)的專利“一種低緩沖區(qū)上網(wǎng)絡(luò)路由器及路由方法，，(申請(qǐng)?zhí)?01410437689.4，公開(kāi)號(hào)CN104158738A，公開(kāi)日為2014.11.19)中公開(kāi)了一種低緩沖區(qū)片上網(wǎng)絡(luò)路由器的結(jié)構(gòu)。該路由器包括η個(gè)輸入端口，η個(gè)輸入寄存器、路由計(jì)算模塊、優(yōu)先級(jí)計(jì)算模塊、端口分配模塊、交叉開(kāi)關(guān)、P個(gè)單微片緩存器，P個(gè)輸出端口。當(dāng)高優(yōu)先級(jí)與次高優(yōu)先級(jí)微片出現(xiàn)有效輸出端口競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，端口分配模塊根據(jù)優(yōu)先級(jí)仲裁策略將次高優(yōu)先級(jí)微片發(fā)送至相應(yīng)的單微片緩存器，當(dāng)其它低優(yōu)先級(jí)微片競(jìng)爭(zhēng)此端口時(shí)，分配偏轉(zhuǎn)輸出端口 ；待輸出端口空閑時(shí)將次高優(yōu)先級(jí)微片直接輸出至下級(jí)路由節(jié)點(diǎn)。該專利技術(shù)存在的不足是，雖然該路由器結(jié)構(gòu)降低了網(wǎng)絡(luò)的面積和功耗，但是采用低緩沖區(qū)片上網(wǎng)絡(luò)路由器使得片上網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸延時(shí)增大同時(shí)設(shè)計(jì)也較為復(fù)雜。
[0005]西安郵電學(xué)院擁有的專利技術(shù)“一種雙層雙環(huán)型片上網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)”(申請(qǐng)?zhí)?00810232463.5，授權(quán)公告號(hào)CN 101420380 B，公開(kāi)日為2009.04.29)中公開(kāi)了一種雙層雙環(huán)型片上網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括IP單元、交換單元、網(wǎng)絡(luò)適配器、鏈路單元等。其中交換單元實(shí)現(xiàn)各IP單元的相互通信，使用時(shí)分復(fù)用和優(yōu)先級(jí)相結(jié)合機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了公平路由和帶寬的空分復(fù)用。該專利技術(shù)存在的不足是，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要兩組環(huán)網(wǎng)，每組環(huán)中又包含一個(gè)控制環(huán)和一個(gè)數(shù)據(jù)環(huán)，環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)直徑較小，路徑多樣性較差，硬件資源開(kāi)銷較大。
[0006]馮超超的博士學(xué)位論文“片上網(wǎng)絡(luò)無(wú)緩沖路由器關(guān)鍵技術(shù)研宄”(國(guó)防科技大學(xué)2012.4)中提出了一種在復(fù)雜環(huán)境下有效應(yīng)對(duì)故障的無(wú)緩沖路由結(jié)構(gòu)。該路由結(jié)構(gòu)是一種基于置換網(wǎng)絡(luò)的單周期高性能無(wú)緩沖路由器(BLESS_PERM)，采用一個(gè)簡(jiǎn)單的兩級(jí)置換網(wǎng)絡(luò)替代了原路由器中串行化的交換分配器以及交叉開(kāi)關(guān)，縮短了關(guān)鍵路徑的邏輯級(jí)數(shù)，可以提高實(shí)現(xiàn)的時(shí)鐘頻率。該片上網(wǎng)絡(luò)無(wú)緩沖路由器存在的不足之處是:在片上系統(tǒng)的核間數(shù)據(jù)通信比較頻繁的時(shí)候容易出現(xiàn)負(fù)載不均衡的問(wèn)題和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膿砣麊?wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于片上網(wǎng)絡(luò)的通信結(jié)構(gòu)，解決現(xiàn)有發(fā)明片上網(wǎng)絡(luò)多核間大量數(shù)據(jù)分組通信的通信效率低，通信結(jié)構(gòu)復(fù)雜，路徑多樣性差，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不均衡的問(wèn)題。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、硬件開(kāi)銷少、通信效率高、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡的特點(diǎn)，可以滿足系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)及時(shí)處理大量數(shù)據(jù)的要求，并可以通過(guò)IP復(fù)用技術(shù)組成通信網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用在片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。
[0008]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的片上網(wǎng)絡(luò)的通信結(jié)構(gòu)，在nXn的片上網(wǎng)絡(luò)上搭建的由路由器和流量控制器兩部分構(gòu)成的通信結(jié)構(gòu)，n ^ 2ο路由器包括輸入接口單元、路由控制單元和多路選擇單元。流量控制器包括接口單元和控制單元。其中:
[0009]路由器中的輸入接口單元，用于接收輸入的數(shù)據(jù)分組，同時(shí)為數(shù)據(jù)分組提供單通緩存通道。
[0010]路由器中的路由控制單元，用于控制路由器的多路選擇單元的輸出，按照路由算法對(duì)從輸入接口單元接收的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行路由計(jì)算，將路由結(jié)果作為數(shù)據(jù)多路選擇單元的控制信號(hào)，對(duì)數(shù)據(jù)分組進(jìn)行選擇輸出。
[0011]路由器中的多路選擇單元，用于接收路由器的路由控制單元輸出的傳輸路徑信息，根據(jù)優(yōu)先級(jí)信息將各個(gè)接口輸入的有效數(shù)據(jù)分組中優(yōu)先級(jí)最高的接口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組輸出到相應(yīng)的接口上。
[0012]流量控制器中的接口單元，用于發(fā)送數(shù)據(jù)分組給路由器和接收路由器的數(shù)據(jù)分組。
[0013]流量控制器中的控制單元，用于將一組接口接收的數(shù)據(jù)分組選擇性的傳輸至另一組接口。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0015]第一，由于本發(fā)明采用路由器與流量控制器相分離的片上網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)的只有虛通道路路由器的片上網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)相比，現(xiàn)有技術(shù)的虛通道路路由器結(jié)構(gòu)中都存在交叉開(kāi)關(guān)和大量的控制邏輯，耗費(fèi)大量的邏輯資源。以4X4片上網(wǎng)絡(luò)為例，現(xiàn)有技術(shù)的虛通道路路由器結(jié)構(gòu)需要16個(gè)交叉開(kāi)關(guān)和大量的控制邏輯單元，而本發(fā)明只需要12個(gè)交叉開(kāi)關(guān)和較少的控制邏輯單元，可見(jiàn)本發(fā)明明顯減少了硬件資源開(kāi)銷。使得本發(fā)明具有的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，硬件資源利用率高的優(yōu)點(diǎn)。
[0016]第二，由于本發(fā)明采用流量控制器連接各個(gè)路由器，使得流量控制器可以將數(shù)據(jù)分組傳輸給與流量控制器接口單元相連的所有路由器，數(shù)據(jù)分組可以通過(guò)流量控制器傳輸給更多路由器，大大減小了網(wǎng)絡(luò)直徑，增加了數(shù)據(jù)分組傳輸路徑的多樣性，提高了路由傳輸效率。
[0017]第三，由于本發(fā)明的流量控制器的控制單元中數(shù)據(jù)分組控制器可以讀取數(shù)據(jù)分組的信息，根據(jù)數(shù)據(jù)分組中的消息判斷片上網(wǎng)絡(luò)各個(gè)數(shù)據(jù)通路的工作狀態(tài)，將數(shù)據(jù)分組均衡的分配到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中?？朔爽F(xiàn)有技術(shù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不均衡的問(wèn)題。使得本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡性提高，降低了網(wǎng)絡(luò)通信阻塞率。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明的方框圖；
[0019]圖2為本發(fā)明的路由器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明的流量控制器結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
:
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0022]參照附圖1對(duì)本發(fā)明的片上網(wǎng)絡(luò)的通信結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步的描述。
[0023]本發(fā)明是在nXn的片上網(wǎng)絡(luò)上搭建的由路由器和流量控制器兩部分構(gòu)成的通信結(jié)構(gòu)，η多2。路由器包括輸入接口單元、路由控制單元和多路選擇單元。流量控制器包括接口單元和控制單元。其中:
[0024]路由器中的輸入接口單元，用于接收輸入的數(shù)據(jù)分組，同時(shí)為數(shù)據(jù)分組提供單通緩存通道。
[0025]路由器中的路由控制單元，用于控制路由器的多路選擇單元的輸出，按照路由算法對(duì)從輸入接口單元接收的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行路由計(jì)算，將路由結(jié)果作為數(shù)據(jù)多路選擇單元的控制信號(hào)，對(duì)數(shù)據(jù)分組進(jìn)行選擇輸出。
[0026]路由器中的多路選擇單元，用于接收路由器的路由控制單元輸出的傳輸路徑信息，根據(jù)優(yōu)先級(jí)信息將各個(gè)接口輸入的有效數(shù)據(jù)分組中優(yōu)先級(jí)最高的接口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組輸出到相應(yīng)的接口上。
[0027]流量控制器中的接口單元，用于發(fā)送數(shù)據(jù)分組給路由器和接收路由器的數(shù)據(jù)分組。
[0028]流量控制器中的控制單元，用于將一組接口接收的數(shù)據(jù)分組選擇性的傳輸至另一組接口。
[0029]路由器與流量控制器相連接的接口數(shù)據(jù)分組的通信是雙向的。流量控制器的每個(gè)接口單元連接一個(gè)路由器，路由器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口 NI (Network Interface)與片上網(wǎng)絡(luò)中的IP核相連，各個(gè)IP核產(chǎn)生的數(shù)據(jù)分組通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口 NI傳輸?shù)铰酚善髦校酚善鲗?shù)據(jù)分組通過(guò)流量控制器路由計(jì)算選擇最優(yōu)路徑注入到片上網(wǎng)絡(luò)。
[0030]參照附圖2，對(duì)本發(fā)明的路由器的結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步