一種用于異構(gòu)多核片上網(wǎng)絡(luò)建模的可配置片上路由器模型的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于異構(gòu)多核片上網(wǎng)絡(luò)建?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】，具體為一種用于異構(gòu)多核片上網(wǎng)絡(luò)建模的可配置片上路由器模型。該模型包含本地、東、北、西、南、上、下7個(gè)端口，每個(gè)端口包含若干TLM2.0標(biāo)準(zhǔn)的通信接口。接口分為發(fā)起者接口和目標(biāo)接口，目標(biāo)接口帶有FIFO；其以包為單位傳遞數(shù)據(jù)，通過(guò)交叉互聯(lián)結(jié)構(gòu)部件實(shí)現(xiàn)接口間的連接與包轉(zhuǎn)發(fā),采用單線程實(shí)現(xiàn)包轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)算函數(shù)。本發(fā)明中的片上路由器模型，經(jīng)初始配置后，可方便的構(gòu)建不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、不同F(xiàn)IFO深度、不同路由算法的NoC模型，可顯著提高NoC建模的效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種用于異構(gòu)多核片上網(wǎng)絡(luò)建模的可配置片上路由器模型
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于異構(gòu)多核片上網(wǎng)絡(luò)建?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種可配置片上路由器模型。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步，電子產(chǎn)品繼續(xù)向著多功能、高性能、低功耗方向發(fā)展。根據(jù)ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors)的預(yù)測(cè)，消費(fèi)類(lèi) SoC 電子產(chǎn)品將集成更多的處理器、專(zhuān)用數(shù)據(jù)處理模塊PE (Processing Engines)、更多的外設(shè)模塊、片上存儲(chǔ)等，芯片上集成的功能越來(lái)越多，但芯片的尺寸卻不減小。系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，基于IP核(Intellectual Property core)復(fù)用的設(shè)計(jì)方法大大提高了設(shè)計(jì)效率,但隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步，系統(tǒng)規(guī)模不斷增大，系統(tǒng)內(nèi)IP核數(shù)量越來(lái)越多，大規(guī)模系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨新的挑戰(zhàn)，比較突出的是長(zhǎng)線(long wires)問(wèn)題、低功耗問(wèn)題、IP核間通信效率問(wèn)題與布線擁塞問(wèn)題。
[0003]針對(duì)復(fù)雜SoC系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨的多個(gè)問(wèn)題，發(fā)展出了片上網(wǎng)絡(luò)NoC (Network onChip)技術(shù):避免全局通信，采用本地通信機(jī)制，借鑒計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的概念，采用分段式、mult1-hop方式通信。
[0004]NoC通過(guò)mult1-hop通信機(jī)制，將通信本地化，避免長(zhǎng)線；各IP核間可并行通信，提高整體通信效率；Link可以共享，減少連線，減少布線擁塞；各IP核僅與NoC網(wǎng)絡(luò)通信，模塊相對(duì)獨(dú)立，系統(tǒng)級(jí)分區(qū)塊，可以單獨(dú)設(shè)置電壓、運(yùn)行頻率，支持DVFS (dynamic voltageand frequency scaling)
[0005]NoC是解決大規(guī)模SoC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，自2000年正式提出“Network OnChip”術(shù)語(yǔ)以來(lái)，一直是研究熱點(diǎn)。NoC涉及內(nèi)容廣泛，主要研究?jī)?nèi)容包括:拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、交換技術(shù)、路由器設(shè)計(jì)、路由算法、仲裁與通道分配、流量控制、鏈路設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)、服務(wù)質(zhì)量QoS、容錯(cuò)設(shè)計(jì)、建模評(píng)估、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法等。
[0006]復(fù)雜系統(tǒng)中IP核間通信問(wèn)題日益突出，設(shè)計(jì)理念已從computation-centric轉(zhuǎn)為communication-centric。NoC是實(shí)現(xiàn)核間通信的關(guān)鍵部件,其設(shè)計(jì)對(duì)整體系統(tǒng)有決定性影響。先建立系統(tǒng)模型，用模型進(jìn)行架構(gòu)探索，是確保項(xiàng)目設(shè)計(jì)正確、一次成功的關(guān)鍵。
[0007]NoC有巨大的設(shè)計(jì)空間，需要確定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、交換方式、是否實(shí)現(xiàn)虛通道以及虛通道個(gè)數(shù)、buffer大小、flit大小、phit大小、路由算法、如何滿(mǎn)足QoS、如何容錯(cuò)等。對(duì)復(fù)雜、不規(guī)則NoC系統(tǒng)，難以用數(shù)學(xué)方法分析其性能，且不同應(yīng)用流量模式下，NoC性能表現(xiàn)亦不同，建模仿真是可行的分析方法。大規(guī)模復(fù)雜NoC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要快速的建模、評(píng)價(jià)工具，用于NoC架構(gòu)探索，評(píng)估性能、功耗和面積等，確定優(yōu)化的設(shè)計(jì)參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于異構(gòu)多核片上網(wǎng)絡(luò)建模的可配置片上路由器模型。經(jīng)初始配置后，可方便的構(gòu)建不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、不同F(xiàn)IFO深度、不同路由算法的NoC模型，可顯著提高NoC建模的效率。
[0009]本發(fā)明中提供的一種用于異構(gòu)多核片上網(wǎng)絡(luò)建模的可配置片上路由器模型，包含本地、東、北、西、南、上、下共7個(gè)端口 ；每個(gè)端口包含若干TLM2.0標(biāo)準(zhǔn)的通信接口 ；其中本地端口只含有I對(duì)發(fā)起者接口和目標(biāo)接口，用于實(shí)現(xiàn)路由器與本地計(jì)算節(jié)點(diǎn)連接；其他6個(gè)端口中均含有4對(duì)發(fā)起者接口和目標(biāo)接口，用于實(shí)現(xiàn)路由器與平面上四個(gè)相鄰路由器連接以及與上、下層相鄰路由器連接；每個(gè)端口中的四對(duì)接口可用于表達(dá)4對(duì)物理鏈路，或表達(dá)單條物理鏈路中的4條虛擬通道，使用時(shí)，用戶(hù)可配置端口的接口個(gè)數(shù)，取值范圍為O~4，取O即表示本端口配置為無(wú)；所述目標(biāo)接口上設(shè)置FIFO，F(xiàn)IFO深度為I~32 ;片上路由器模型中，以包為單位傳遞數(shù)據(jù)，包由包頭和包體構(gòu)成，包頭中包含源節(jié)點(diǎn)X、Y、Z坐標(biāo)，目的節(jié)點(diǎn)X、Y、Z坐標(biāo)，包長(zhǎng)度信息；其通過(guò)交叉互聯(lián)結(jié)構(gòu)部件實(shí)現(xiàn)接口間的連接與包轉(zhuǎn)發(fā)，并采用單線程實(shí)現(xiàn)包轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)算函數(shù)，具體計(jì)算方法如下:
-初始化每個(gè)目標(biāo)接口為“空閑”狀態(tài)；
f輪詢(xún)每一個(gè)目標(biāo)接口的FIFO，若有數(shù)據(jù)，則跳轉(zhuǎn)到I ;否則，等待一個(gè)時(shí)鐘周期后繼續(xù)輪詢(xún)；
!讀取當(dāng)前目標(biāo)接口的FIFO數(shù)據(jù)；
若當(dāng)前目標(biāo)接口為“空閑”狀態(tài)，則此數(shù)據(jù)為包頭，從中提取出源節(jié)點(diǎn)地址、目的節(jié)點(diǎn)地址、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度信息，根據(jù)源節(jié)點(diǎn)地址、當(dāng)前路由器節(jié)點(diǎn)地址、目的節(jié)點(diǎn)地址及當(dāng)前路由器配置的路由算法，計(jì)算路由，確定該包的轉(zhuǎn)發(fā)端口，標(biāo)記當(dāng)前目標(biāo)接口為“已路由”狀態(tài)，跳轉(zhuǎn)
到? ;
若當(dāng)前目標(biāo)接口為“已分配 虛通道狀態(tài)”，則跳轉(zhuǎn)到f ；
A采用round-robin算法從當(dāng)前輸出目的端口中選擇一個(gè)空閑接口，標(biāo)記當(dāng)前目標(biāo)接口為“已分配虛通道狀態(tài)”，跳轉(zhuǎn)到I ；
I將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給當(dāng)前輸出端口的選定發(fā)起者接口，并將該包剩余數(shù)據(jù)長(zhǎng)度減I。若剩
余數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為0，則該包傳送完畢，將當(dāng)前目標(biāo)接口置為“空閑狀態(tài)”。跳轉(zhuǎn)到f。
[0010]本發(fā)明中，片上路由器模型中，路由計(jì)算函數(shù)中內(nèi)置實(shí)現(xiàn)了 T1、0E、WEST-FIRST、NORTH-LAST、NEGATIVE-FIRST路由算法；虛通道分配函數(shù)中內(nèi)置實(shí)現(xiàn)了 round-robin分配算法。
[0011]本發(fā)明涉及的片上路由器模型，經(jīng)初始配置后，可方便的構(gòu)建不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、不同F(xiàn)IFO深度、不同路由算法的NoC模型，可顯著提高NoC建模的效率。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1本發(fā)明涉及的NoC片上路由器模型示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明涉及的NoC片上路由器模型處理的packet包格式示意圖。
[0014]圖3是采用本發(fā)明涉及的NoC片上路由器模型構(gòu)建的3X3 2D mesh結(jié)構(gòu)NoC示意圖。[0015]圖4是采用本發(fā)明涉及的NoC片上路由器模型，構(gòu)建的層次化NoC示意圖。
[0016]【具體實(shí)施方式】
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步闡述。
[0017]本發(fā)明提供的片上路由器模型的結(jié)構(gòu)具體闡述如下:
(1)片上路由器模型包含本地、東、北、西、南、上、下共7個(gè)端口，如圖1所示，每個(gè)端口包含若干TLM2.0標(biāo)準(zhǔn)的socket通信接口，其中本地端口只含有I對(duì)initiator socket(發(fā)起者接口)和target socket (目標(biāo)接口),用于實(shí)現(xiàn)路由器與本地計(jì)算節(jié)點(diǎn)連接；其他6個(gè)端口中均含有4對(duì)initiator socket和target socket,用于實(shí)現(xiàn)路由器與平面上四個(gè)相鄰路由器連接以及與上、下層相鄰路由器連接。每個(gè)端口中的四對(duì)socket可用于表達(dá)4對(duì)物理鏈路，或表達(dá)單條物理鏈路中的4條虛擬通道。使用時(shí)，用戶(hù)可對(duì)本地端口以外的各個(gè)端口的socket個(gè)數(shù)進(jìn)行配置，取值范圍為O~4，取O即表示本端口配置為無(wú)；
(2)片上路由器模型中，只有targetsocket帶有FIFO，且FIFO深度可配置，深度取值范圍為I~32 ;
(3)片上路由器模型中，以packet包為單位傳遞數(shù)據(jù)，packet包格式如圖2所示，packet由包頭和包體構(gòu)成，包頭中 包含源節(jié)點(diǎn)X、Y、Z坐標(biāo)，目的節(jié)點(diǎn)X、Y、Z坐標(biāo)，包長(zhǎng)度Length信息。交叉互聯(lián)結(jié)構(gòu)部件實(shí)現(xiàn)socket間的連接與packet轉(zhuǎn)發(fā),采用單線程實(shí)現(xiàn)packet轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)算函數(shù)。具體計(jì)算方法如下:
。初始化每個(gè)target socket為“空閑”狀態(tài)；
&輪詢(xún)每一個(gè)target socket的FIFO,若有數(shù)據(jù),則跳轉(zhuǎn)到2 ;否則,等待一個(gè)時(shí)鐘周期后繼續(xù)輪詢(xún)；
這讀取當(dāng)前target socket的FIFO數(shù)據(jù)。
[0018]若當(dāng)前target socket為“空閑”狀態(tài)，貝U此數(shù)據(jù)為packet包頭，從中提取出源節(jié)點(diǎn)地址、目的節(jié)點(diǎn)地址、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度信息，根據(jù)源節(jié)點(diǎn)地址、當(dāng)前路由器節(jié)點(diǎn)地址、目的節(jié)點(diǎn)地址及當(dāng)前路由器配置的路由算法，計(jì)算路由，確定該包的轉(zhuǎn)發(fā)端口，標(biāo)記當(dāng)前target
socket為“已路由”狀態(tài)，跳轉(zhuǎn)到? ；
若當(dāng)前target socket為“已分配虛通道狀態(tài)”,則跳轉(zhuǎn)到S ；
i采用round-robin算法從當(dāng)前輸出目的端口中選擇一個(gè)空閑socket,標(biāo)記當(dāng)前
target socket為“已分配虛通道狀態(tài)”,跳轉(zhuǎn)到S.；
2+將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給當(dāng)前輸出端口的選定initiator socket,并將該packet剩余數(shù)據(jù)長(zhǎng)度減I。若剩余數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為O,則該packet傳送完畢,將當(dāng)前target socket置為“空閑狀態(tài)”。跳轉(zhuǎn)到f ;
片上路由器模型中，路由計(jì)算函數(shù)中內(nèi)置實(shí)現(xiàn)了 XY、0E、WEST-FIRST、NORTH-LAST、NEGATIVE-FIRST路由算法；虛通道分配函數(shù)中內(nèi)置實(shí)現(xiàn)了 round-robin分配算法。
[0019]實(shí)施例1
本例具體說(shuō)明如何應(yīng)用本發(fā)明方法，構(gòu)建3X3 2D mesh結(jié)構(gòu)NoC網(wǎng)絡(luò)。如圖3所示，整個(gè)NoC模型中包含Router_00到Router_22共9個(gè)片上路由器,按二維排列，構(gòu)成2D mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。每個(gè)路由器可單獨(dú)配置路由算法，如RouterJK)配置為XY路由算法，ROuter_01配置為OE路由算法。每個(gè)路由器中FIFO深度可配置，如ROuter_00中FIFO深度配置為8，Router_01中FIFO深度配置為16。路由器每個(gè)方向的端口中socket數(shù)量可配置,取值為O?4，取值為O時(shí)表示配置為無(wú)，則對(duì)應(yīng)的Link (鏈路)也沒(méi)有，如Router_00的北、西方向端口均為無(wú)，本例中所有路由器的上、下端口均配置為無(wú)；圖3中用Link的線寬表達(dá)socket數(shù)量，Link越寬，表示對(duì)應(yīng)的socket個(gè)數(shù)越多。
[0020] 實(shí)施例2
本例說(shuō)明如何應(yīng)用本發(fā)明方法，構(gòu)建層次化結(jié)構(gòu)的NoC網(wǎng)絡(luò)。如圖4所示，N層中的路由器111與N-1層中的路由器011通過(guò)上、下端口連接。其他配置方法同實(shí)施例1。
【權(quán)利要求】
1.一種用于異構(gòu)多核片上網(wǎng)絡(luò)建模的可配置片上路由器模型，其特征在于:該片上路由器模型包含本地、東、北、西、南、上、下共7個(gè)端口，每個(gè)端口包含若干TLM2.0標(biāo)準(zhǔn)的通信接口 ；其中:本地端口含有I對(duì)發(fā)起者接口和目標(biāo)接口，用于實(shí)現(xiàn)路由器與本地計(jì)算節(jié)點(diǎn)連接；其他6個(gè)端口中設(shè)置4對(duì)發(fā)起者接口和目標(biāo)接口，用于實(shí)現(xiàn)路由器與平面上四個(gè)相鄰路由器連接以及與上、下層相鄰路由器連接，每個(gè)端口中的4對(duì)接口用于表達(dá)4對(duì)物理鏈路，或表達(dá)單條物理鏈路中的4條虛擬通道，使用時(shí)，用戶(hù)對(duì)每端口中的接口個(gè)數(shù)進(jìn)行配置，取值范圍為O~4，取O即表示本端口配置為無(wú)； 所述目標(biāo)接口上設(shè)置FIFO，F(xiàn)IFO深度取值范圍為I~32 ; 所述片上路由器模型中，以包為單位傳遞數(shù)據(jù)，包由包頭和包體構(gòu)成，包頭中包含源節(jié)點(diǎn)X、Y、Z坐標(biāo)，目的節(jié)點(diǎn)Χ、Υ、Ζ坐標(biāo)，包長(zhǎng)度信息；其通過(guò)交叉互聯(lián)結(jié)構(gòu)部件實(shí)現(xiàn)接口間的連接與包轉(zhuǎn)發(fā)，采用單線程實(shí)現(xiàn)包轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)算函數(shù)，具體計(jì)算方法如下: 初始化每個(gè)為“空閑”狀態(tài)； I輪詢(xún)每一個(gè)目標(biāo)接口的FIFO，若有數(shù)據(jù)，則跳轉(zhuǎn)到I ;否則，等待一個(gè)時(shí)鐘周期后繼續(xù)輪詢(xún)； I讀取當(dāng)前目標(biāo)接口的FIFO數(shù)據(jù)； 若當(dāng)前目標(biāo)接口為“空閑”狀態(tài)，則此數(shù)據(jù)為包頭，從中提取出源節(jié)點(diǎn)地址、目的節(jié)點(diǎn)地址、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度信息，根據(jù)源節(jié)點(diǎn)地址、當(dāng)前路由器節(jié)點(diǎn)地址、目的節(jié)點(diǎn)地址及當(dāng)前路由器配置的路由算法，計(jì)算路由，確定該包的轉(zhuǎn)發(fā)端口，標(biāo)記當(dāng)前目標(biāo)接口為“已路由”狀態(tài)，跳轉(zhuǎn)到?.; 若當(dāng)前目標(biāo)接口為“已分配·虛通道狀態(tài)”，則跳轉(zhuǎn)到1:； A采用round-robin算法從當(dāng)前輸出目的端口中選擇一個(gè)空閑接口，標(biāo)記當(dāng)前目標(biāo)接口為“已分配虛通道狀態(tài)”，跳轉(zhuǎn)到萏； S將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給當(dāng)前輸出端口的選定發(fā)起者接口，并將該包剩余數(shù)據(jù)長(zhǎng)度減I ;若剩余數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為0，則該包傳送完畢，將當(dāng)前目標(biāo)接口置為“空閑狀態(tài)”，跳轉(zhuǎn)到t。
【文檔編號(hào)】H04L12/771GK103581031SQ201310479536
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月15日
【發(fā)明者】張德學(xué), 曾曉洋, 虞志益 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)