基于故障感知的片上网络映射算法研究

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3、去答辩委员会主席、、评阅人１＾６屯Ｐ巧裹表４占节＾＞瓜這注１：注明《国际十进分类法ＵＤＣ》的类号。AResearchofFault-awareNetwork-on-ChipMappingAlgorithmsAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:InstrumentScienceandTechnologyAuthor:ZhiLuAdvisor:Prof.ShuyanJiangSchoo

4、l:SchoolofAutomationEngineering摘要摘要集成电路工艺技术日新月异的发展，极大地提高了芯片集成度，基于传统总线的片上系统（SystemonChip,SoC）架构的诸多弊端日趋突出，片上网络（NetworkonChip,NoC）架构应运而生。其中，资源应用需求作为NoC系统发展的核心动力，对系统总体性能提出了更高的要求，使NoC系统规模逐年增长。但由于芯片特征尺寸的降低，内部功耗密度的增大以及芯片面积的限制，导致NoC芯片的内部缺陷逐渐增多，严重影响到系统运行时的性能和可靠性，设计故障感知的资源

5、管理方案刻不容缓。因此本文以NoC系统为背景平台，重点研究NoC故障模型并进行相应的故障建模工作，针对NoC系统故障、性能和功耗多优化目标下的任务管理问题，分别设计了基于故障模型的NoC容错映射算法，以及具备故障感知能力的NoC低功耗动态任务映射方案。首先，本文通过对NoC故障原理进行分析，以及对NoC生命周期故障模型进行改进的基础上，建立了基于NoC拓扑结构的角落（CornerRouter,CornerR）、边界（SideRouter,SideR）和中间（MiddleRouter,MiddleR）三类路由器故障模型，并

6、根据故障节点的位置及方向、故障节点的数量等进行了进一步的分类研究；同时还建立了NoC横向和纵向两类链路故障模型，并结合任务映射问题进行了详细的分析研究。然后，在研究国内外现有感知故障的NoC容错方法，建立运用于本文研究的映射平台，以及建立相应的映射算法性能评估体系的基础上，本文设计了一种基于故障模型的NoC容错映射算法FMA（Fault-tolerantMappingAlgorithm,FMA），旨在针对本文提出的三类路由器故障模型和两类链路故障模型进行容错。在算法设计中，提出了基于宽度优先遍历的考虑多优先级的优化任务排

7、序算法，旨在映射准备阶段优化网络通信性能；设计了考虑邻居节点故障情况的首节点优化方法，以完成映射区域选择的优化；在进行任务映射时，对故障区域进行避让来实现容错功能。该算法面向具体的故障模型进行容错，具有较强的针对性。紧接着，通过分析现有任务映射算法缺陷和不足的基础上，本文建立了一种新型的基于备用核技术的故障模型；基于备用核故障模型并以NoC系统故障、功耗和系统性能为多优化目标，本文设计了故障感知的低功耗动态任务映射方案FLDMA（Fault-awareLow-issipationDynamicMappingAlgorit

8、hm,FLDMA）。在算法设计中，提出了最小映射区域选择方法，旨在降低网络的拥塞程度，来提高NoC系统的通信性能；设计了首节点优化策略，并考虑了节点故障率来优化备用核数I摘要目及具体位置，对映射区域的选择进行了优化；在进行动态任务映射时，提出了一种实时感知NoC系统状态、并根据发生故障节点的状态来设置备用核的数量和具