片上網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)與通信方法研究.pdf

1、半導體工藝技術(shù)進入深亞微米時代后，基于總線系統(tǒng)芯片SoC(system on chip)的體系結(jié)構(gòu)在物理設(shè)計、通信帶寬以及功耗等方面無法滿足未來多IP體系發(fā)展的需求。片上網(wǎng)絡(luò)NoC(network on chip)是一種新的系統(tǒng)芯片體系結(jié)構(gòu)，其核心思想是將計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)移植到系統(tǒng)芯片設(shè)計中來，從體系結(jié)構(gòu)上徹底解決總線架構(gòu)帶來的問題。在NoC系統(tǒng)中，拓撲結(jié)構(gòu)和通信方法是影響片上系統(tǒng)性能的重要因素。
　　 本文對NoC的拓撲結(jié)構(gòu)和通

2、信方法進行了深入研究，提出了一些新的解決NoC關(guān)鍵問題的方法，并通過建模仿真和軟硬件驗證對提出的新方法進行了驗證。論文的主要研究成果如下：
　　 1.對NoC的拓撲結(jié)構(gòu)進行了研究。提出了兩種適合二維片上網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，即廣義Petersen圖(Generalized Petersen，GP(2m，1))和網(wǎng)格環(huán)形(MeshConnected-Cycles，MCC)片上網(wǎng)絡(luò)互連結(jié)構(gòu)。詳細分析兩種拓撲結(jié)構(gòu)的性質(zhì)。分別設(shè)計了兩種拓撲結(jié)

3、構(gòu)的確定性路由算法，對兩種拓撲結(jié)構(gòu)進行了模擬分析，并與典型片上網(wǎng)絡(luò)的mesh拓撲結(jié)構(gòu)進行了比較。在綜合考慮網(wǎng)絡(luò)直徑和節(jié)點度之積的情況下，GP(2m，1)和MCC拓撲結(jié)構(gòu)更適合構(gòu)建片上互連網(wǎng)絡(luò)。
　　 2.對NoC的交換機制進行了研究。通過分析總結(jié)現(xiàn)有的片上網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)，提出了一種緩沖式快速蟲孔交換技術(shù)。對該交換機制進行了模擬分析并與典型的虛通道蟲孔交換技術(shù)進行了比較，表明是一種高性能、低成本的交換技術(shù)。
　　 3.總結(jié)片

4、上網(wǎng)絡(luò)路由器的基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計，設(shè)計了一種基于緩沖式蟲孔交換技術(shù)的通用片上網(wǎng)絡(luò)路由器結(jié)構(gòu)，并對該路由器結(jié)構(gòu)進行了詳細設(shè)計、功能仿真和性能評估。結(jié)果表明該種結(jié)構(gòu)的路由器是一種低延遲的片上網(wǎng)絡(luò)路由器。
　　 4.分析總結(jié)了系統(tǒng)級評估的性能指標和評估流程，建立了系統(tǒng)級仿真平臺。該平臺是一個模塊化、可擴展的系統(tǒng)級仿真平臺。
　　 5.設(shè)計了一個網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為8×8、基于Mesh的片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。并用ALTERAFPGA開發(fā)板驗證了其功能

5、，其中的核心模塊片上網(wǎng)絡(luò)路由器和流量產(chǎn)生/接收器已經(jīng)SMIC0.13μm工藝下流片，工作頻率300MHz，等效邏輯門為515.5k，在300MHz工作頻率下功耗約為308.5 mW。
　　 6.通過分析，提出了基于平臺的片上網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方法，根據(jù)該方法建立了一個片上網(wǎng)絡(luò)開發(fā)驗證平臺。該平臺和系統(tǒng)級仿真平臺結(jié)合可以形成一個集片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分析、功能仿真、硬件驗證和性能評估的完整的片上網(wǎng)絡(luò)開發(fā)驗證環(huán)境。
　　 7.針對片上網(wǎng)絡(luò)的發(fā)