一種片上網(wǎng)絡(luò)多核架構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及片上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種片上網(wǎng)絡(luò)多核架構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著微電子計算技術(shù)的發(fā)展，超大規(guī)模集成電路的集成度越來越高，片上網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)（SOC)總線結(jié)構(gòu)的弊端逐漸暴露出來，物理連接和單一時鐘引起的時鐘延遲等問題，制 約了 SOC的進(jìn)一步發(fā)展，于是在1999年以瑞典皇家理工學(xué)院為代表的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)提出了新 型的通訊架構(gòu)-N0C，這種設(shè)計把通信網(wǎng)絡(luò)概念結(jié)合到集成電路設(shè)計中，每個計算單元模塊 都是片上網(wǎng)絡(luò)的一個路由節(jié)點。而在傳統(tǒng)的SOC設(shè)計中，都是采用總線架構(gòu)將各個模塊連 接起來并且使用一個統(tǒng)一時鐘。雖然SOC在集成度低的情況下這個方案還是可行的，但是 隨著集成度的不斷提高，SOC受到嚴(yán)重的時鐘延遲和偏移影響，這個給設(shè)計者帶來極大的挑 戰(zhàn)，片上網(wǎng)絡(luò)（NOC)則徹底的解決了這個問題，NOC系統(tǒng)采用一種分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，他們沒 有統(tǒng)一時鐘，各個計算單元通過路由器連接，他們相互獨立各自可以完全獨立工作。
[0003] 傳統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)的SOC通訊效率比較低，不能真正的實現(xiàn)多處理器并行處理通信任 務(wù)，使得傳統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)遇到了無法克服的通信瓶頸，主要表現(xiàn)如下：
[0004] (1)不易擴(kuò)展性：隨著工藝發(fā)展，大數(shù)據(jù)計算的要求使得芯片上處理器數(shù)目將越 來越多，處理器之間的通訊量也隨之大增，導(dǎo)致SOC總線地址資源和處理器數(shù)目之間的不 匹配，另外有限的地址資源限制處理器數(shù)目的增加。
[0005] (2)不能并行通信：在SOC中都是采用總線結(jié)構(gòu)，雖然總線結(jié)構(gòu)是一種共享互連結(jié) 構(gòu)，但是當(dāng)多個處理器同時發(fā)出請求時，總線就會根據(jù)優(yōu)先級產(chǎn)生仲裁，這個導(dǎo)致系統(tǒng)不能 并行通信，從而導(dǎo)致系統(tǒng)通信效率低下。
[0006] (3)單一時鐘同步問題：SOC在總線結(jié)構(gòu)下要求信號全局同步，隨著工藝特征和頻 率要求越來越高，總線結(jié)構(gòu)下互連延時使得時鐘錯位問題變的難以控制，單一時鐘同步全 芯片的工作變的極其困難，因此迫切需要提出全新的互連機(jī)制替代傳統(tǒng)的總線機(jī)制。
[0007] 如圖1所示，通常的NOC多核架構(gòu)包括計算單元，共享memory，兩個以上的網(wǎng)絡(luò)接 口，路由器。該NOC多核架構(gòu)有如下特點：
[0008] (I)NOC可擴(kuò)展性強(qiáng)：由于NOC基于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊架構(gòu)，與網(wǎng)絡(luò)連接的資源節(jié)點 沒有限制，在理論上可以無限擴(kuò)張，這個在傳統(tǒng)的總線架構(gòu)中是無法想象的。
[0009] (2) NOC并行通信：NOC有效地解決了多個資源節(jié)點同時互相通信問題，NOC基于網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)，各個節(jié)點之間的通訊有多條路徑，這個特點能很好的解決通信任務(wù)不能并行處理， 實現(xiàn)可靠的并行處理，從而適應(yīng)了多核芯片的發(fā)展要求。
[0010] (3)NOC采用全局異步局部同步的通訊機(jī)制，每個資源節(jié)點可工作在獨立的時鐘 域，但是不同的資源節(jié)點之間則通過通信節(jié)點進(jìn)行異步通信，從而解決了全局同步帶來的 問題。
[0011] (4)NOC有利于提高重用性，總線架構(gòu)的可擴(kuò)展性和重用性差，芯片的計算能力演 變時，必須隨著處理能力的需求而變更設(shè)計，這個對開發(fā)人員來說是個極大的工作量；如果 采用NOC將通訊架構(gòu)獨立設(shè)計，這樣提高模塊的重用性，對縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低產(chǎn)品 開發(fā)成本具有重要意義。
[0012] 總而言之，NOC設(shè)計方法和設(shè)計技術(shù)，具有更好的可擴(kuò)展性，可預(yù)測性，更高的帶 寬，其本地同步全局異步的時鐘方案，其在應(yīng)對物理限制方面也更有優(yōu)勢，因此NOC技術(shù)被 業(yè)界認(rèn)為是解決當(dāng)前和未來一段時間納米級集成電路設(shè)計中通信問題的戰(zhàn)略性技術(shù)。
[0013] 目前，已經(jīng)實現(xiàn)的多核處理器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要有mesh結(jié)構(gòu)，torus結(jié)構(gòu)，扁平樹結(jié) 構(gòu)，環(huán)形結(jié)構(gòu)等，目前多家研究機(jī)構(gòu)多是采用了 2d mesh結(jié)構(gòu)，2d mesh結(jié)構(gòu)具有顯著的特 點：路由的編碼簡單，結(jié)構(gòu)簡潔。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的缺陷，提供一種能夠高效的進(jìn)行數(shù)據(jù)交互 的片上網(wǎng)絡(luò)多核架構(gòu)。
[0015] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：
[0016] 本發(fā)明一種片上網(wǎng)絡(luò)多核構(gòu)架，包括片上網(wǎng)絡(luò)多核架構(gòu)本體，片上網(wǎng)絡(luò)多核架構(gòu) 本體包括多個計算單元、路由器和網(wǎng)絡(luò)接口，多個計算單元通過路由器和網(wǎng)絡(luò)接口連接實 現(xiàn)并行處理數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)交互，其中一個計算單元作為主控核節(jié)點，其余的計算單元作為運(yùn) 算核節(jié)點，主控核節(jié)點負(fù)責(zé)與片外的數(shù)據(jù)交換，運(yùn)算核節(jié)點將數(shù)據(jù)傳送到主控核節(jié)點，由主 控核節(jié)點完成與片外的數(shù)據(jù)交換；多個計算單元中的存儲空間采用統(tǒng)一編址，使每個計算 單元中的核能夠訪問其它任何計算單元中的存儲空間。
[0017] 進(jìn)一步地，主控核節(jié)點控制運(yùn)算核節(jié)點的時鐘、復(fù)位和休眠狀態(tài)，對不使用的運(yùn)算 核節(jié)點采取關(guān)閉時鐘和復(fù)位。
[0018] 進(jìn)一步地，主控核節(jié)點包括由UART、高速串口和外部存儲器接口組成的外圍設(shè)備 和核，外部存儲器接口包括64位的內(nèi)部總線接口和32位的外部總線接口，核為采用VLIW 構(gòu)架的面向嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的數(shù)字信號處理器。
[0019] 進(jìn)一步地，多個計算單元之間采用包交換協(xié)議來進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，主控核節(jié)點和運(yùn) 算核節(jié)點采用AHB總線協(xié)議與片外數(shù)據(jù)交互，兩種協(xié)議通過網(wǎng)絡(luò)接口相互交換。
[0020] 進(jìn)一步地，片上網(wǎng)絡(luò)多核構(gòu)架本體采用3x3的2D_Mesh NOC架構(gòu)。
[0021] 本發(fā)明的有益效果：
[0022] 1、本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)計算單元之間批數(shù)據(jù)傳輸，還能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口搬運(yùn)數(shù)據(jù)。
[0023] 2、本發(fā)明提高片上網(wǎng)絡(luò)的資源利用率，降低功耗同時提高眾核處理器系統(tǒng)的計算 效率以及片上網(wǎng)絡(luò)性能。
【附圖說明】
[0024] 圖1為通常的NOC多核架構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明的NOC多核架構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0026] 圖3為本發(fā)明中主控核節(jié)點的結(jié)構(gòu)框圖；
[0027] 圖4為本發(fā)明中運(yùn)算核節(jié)點的結(jié)構(gòu)框圖；
[0028] 圖5為本發(fā)明中時鐘控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0029] 本發(fā)明所列舉的實施例，只是用于幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)理解為對本發(fā)明保護(hù)范 圍的限定，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明思想的前提下，還可以對 本發(fā)明進(jìn)行改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
[0030] 以RTL多核網(wǎng)絡(luò)設(shè)計驗證測試平臺，本發(fā)明的NOC多核架構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)如圖2,采 用3x3的2D-Mesh NOC架構(gòu)，圖中R代表路由器，左上角路由器R上連接的是主控核節(jié)點， 主控核節(jié)點為一個計算單元，其余多個路由器R上連接的是多個運(yùn)算核節(jié)點，多個運(yùn)算核 節(jié)點為多個計算單元，通過網(wǎng)絡(luò)接口 NI和路由器R把主控核節(jié)點和運(yùn)算核節(jié)點連接起來