網(wǎng)格NoC平臺中的若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、片上網(wǎng)絡(luò)(NoC:Network-on-Chip)是一種針對多核SoC設(shè)計的新型片上通信架構(gòu)。對于傳統(tǒng)共享總線通信結(jié)構(gòu)中存在的延遲、通信性能瓶頸以及設(shè)計效率問題，NoC提供了一種新的片上通信結(jié)構(gòu)解決方案。本文首先論述了NoC的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，然后論述了以NoC為通信架構(gòu)的系統(tǒng)芯片設(shè)計流程。在此基礎(chǔ)上，我們針對二維網(wǎng)NoC拓撲結(jié)構(gòu)，分析了其性能特點、路由算法、以及NoC中單個路由節(jié)點功耗和性能評估模型，并同時與通用的片上共享總線的性能與硬

2、件開銷進行了比較。
　　同時，低功耗是超大規(guī)模集成電路設(shè)計的一個趨勢，特別是對一些嵌入式系統(tǒng)、移動終端以及手持設(shè)備。對于NoC設(shè)計，可以分別在各個層次，如物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等降低NoC的能量消耗。本文針對NoC這種片上通信架構(gòu)，主要研究在網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層進行低功耗設(shè)計的技術(shù)以及性能分析方法，其主要工作如下：
　　首先，針對超深亞微米半導體工藝下，片上通信的數(shù)據(jù)完整性日益嚴重的問題，提出了一種自適應(yīng)的NoC鏈路數(shù)據(jù)保

3、護方法。該方法根據(jù)通信鏈路的錯誤概率以及系統(tǒng)的可靠性約束要求，自適應(yīng)的在片上通信鏈路的可靠等級與功耗之間進行折衷，使得滿足片上通信鏈路教據(jù)完整性要求的同時，NoC的通信能量消耗最小。
　　其次，針對NoC采用網(wǎng)絡(luò)通信的特點，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)積分的NoC報文延遲計算方法。該方法通過對輸入報文的到達曲線以及路由節(jié)點的服務(wù)曲線分析，采用網(wǎng)絡(luò)積分理論，計算出報文在NoC中的傳輸延遲；同時對NoC中路由節(jié)點采用不同仲裁策略的報文延遲計算方

4、法進行了研究，并在準確度上與周期準確級仿真進行了比較。
　　再次，針對NoC設(shè)計過程中IP核映射和路由分配兩個關(guān)鍵步驟，提出了一種基于PSO的低功耗IP核映射和鏈路平衡的路由定制算法PLBMR。針對二維網(wǎng)格NoC，在提出了NoC能量消耗和通信鏈路負載平衡的數(shù)學計算方法的基礎(chǔ)上，解決了IP核映射和路由分配的PSO粒子表示問題。但是對于不同的應(yīng)用，各個IP之間的通信數(shù)據(jù)流類型會有很大差別，為了得到優(yōu)化的性能，需要根據(jù)具體的應(yīng)用設(shè)置合適

5、的算法參數(shù)。
　　最后，針對不規(guī)則的2維NoC拓撲結(jié)構(gòu)，提出一種避免死鎖的低功耗全定制路由算法EA_TP。該路由算法以轉(zhuǎn)彎禁止的死鎖避免路由算法為基礎(chǔ)，考慮鏈路長度以及鏈路上通信容量兩個因數(shù)，選擇合適的轉(zhuǎn)彎被禁止，同時保證NoC的全連接，然后采用Dijkstra最短路由路徑算法，構(gòu)造所有通信流的路由路徑。EA_TP算法采用路由表的方法構(gòu)造定制路由，保證了在合理的面積開銷范圍內(nèi)，解決了不規(guī)則NoC的死鎖問題，同時使得NoC通信能量消