片上網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)研究及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).pdf

1、片上網(wǎng)絡(luò)（Network-on-Chip，NoC）是在集成電路芯片上實(shí)現(xiàn)的互聯(lián)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它是對(duì)片上系統(tǒng)（System-on-Chip，SoC）的改進(jìn)。由于集成電路集成度的快速提高，采用總線結(jié)構(gòu)的片上系統(tǒng)(SoC)越來(lái)越不能滿足日益增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信需求，其弊端逐漸暴露出來(lái)。片上網(wǎng)絡(luò)正是在這種情況下出現(xiàn)的，它將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)移植到芯片設(shè)計(jì)中，使用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)代替總線結(jié)構(gòu)，將計(jì)算和通信分離開(kāi)來(lái)，從體系結(jié)構(gòu)上解決了片上系統(tǒng)面臨的瓶頸問(wèn)題，具有很

2、好的發(fā)展前景。
　　片上網(wǎng)絡(luò)主要由三方面的因素所表征，即拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、路由算法和交換技術(shù)。這些技術(shù)決定了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的布局和鏈接方式以及數(shù)據(jù)通訊方式。本文的主要工作就是對(duì) NoC的主要技術(shù)行研究，并提出了一種新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。具體內(nèi)容如下：
　　1)研究了片上網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、路由算法和交換技術(shù)等，在此基礎(chǔ)上，對(duì)2D Mesh結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，提出了MI-Mesh結(jié)構(gòu)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最大的特點(diǎn)是一個(gè)資源節(jié)點(diǎn)可以與多個(gè)路由節(jié)點(diǎn)相連，使網(wǎng)絡(luò)的連通

3、性大大增強(qiáng)，與2D Mesh相比網(wǎng)絡(luò)直徑減小，并具有一定的容錯(cuò)功能，對(duì)多播通信的實(shí)現(xiàn)提供了便利條件。
　　2)針對(duì) MI-Mesh結(jié)構(gòu)的連線特點(diǎn)，在XY路由算法的基礎(chǔ)上為該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種路由算法SPF(Shortest Path First)，該算法盡量選擇從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的最短路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，如果不通，再試圖利用網(wǎng)絡(luò)的連通性特點(diǎn)選擇其他路徑通信。針對(duì) SPF算法存在一些不足，進(jìn)一步提出了自適應(yīng) SPF算法，使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)更加

4、靈活，充分利用了網(wǎng)絡(luò)的特性。
　　3)結(jié)合電源門控(Power Gating)技術(shù)，在自適應(yīng) SPF算法的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了一種低功耗設(shè)計(jì)，將處于空閑狀態(tài)的端口關(guān)閉，在適當(dāng)時(shí)候?qū)⑵鋯拘?，以此?lái)達(dá)到降低功耗的目的。最后對(duì) MI-Mesh結(jié)構(gòu)在兩種路由算法下的性能進(jìn)行了仿真，并與2D Mesh在接收率和功耗方面進(jìn)行比較，結(jié)果表明在數(shù)據(jù)接收率方面，改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)明顯高于2D Mesh結(jié)構(gòu)。另外，采用低功耗設(shè)計(jì)使系統(tǒng)的功耗有了明顯降低，特別是在網(wǎng)