片上网络路由算法的优化设计

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1、学号：S13040422硕士学位论文片上网络路由算法的优化设计研究生姓名：吕瑞学科、专业：信息与通信工程二○一六年三月分类号：TN91密级：可公开UDC：621.39编号：片上网络路由算法的优化设计OPTIMIZEDDESIGNOFROUTINGALGORITHMSINNETWORKONCHIP学位授予单位及代码：长春理工大学（10186）学科专业名称及代码：信息与通信工程（0810）研究方向：通信网络及信息安全技术申请学位级别：工学硕士指导教师：李洋副教授研究生：吕瑞论文起止时间：2014.11—2015.11摘要随着半导体工艺的飞

2、速发展，多核之间的通信使得片上系统(System-on-Chip，SoC)的性能受到制约，片上网络（Network-on-Chip，NoC）借鉴分布式计算系统的通信方式，用路由和分组交换技术替代传统片上总线来完成通信任务，传输性能得到大幅度提高，是今后甚大规模集成电路的新设计方式。路由算法作为NoC设计的关键技术，成为NoC重要的研究方面。本文在分析NoC通信构架的基础上，围绕NoC通用路由算法和容错路由这两个方面进行深入研究，主要研究工作如下：（1）针对NoC确定性路由算法在高负载情况下性能下降过快、自适应路由算法逻辑复杂度高及资源

3、开销大等问题，提出一种适用于2D-Mesh拓扑结构的路由算法DARA。在最短路径满足延时约束的基础上，对易形成网络热点的中间区域节点采用动态的路由方式，对网络边缘节点采用基于TurnModel的确定性路由方式。实验通过OPNET仿真平台，对2D-Mesh拓扑结构的NoC分层建模，实验结果表明，与通常的XY路由算法及自适应DyXY路由算法相比，在热点模式下，DARA具有更好的网络性能。（2）针对基于单故障模型的可重构路由存在的负载不平衡的现象，提出一种容错优化方案。在内建自测机制的基础上，由故障节点的位置设置辅助节点，并改进算法，以均衡

4、链路上的负载。实验通过OPNET仿真平台，在不同的网络规模和故障位置下，进行仿真验证。实验结果表明，优化后的方案比原有的容错算法具有更低的时延和更高的吞吐率。关键字：片上网络，2D-Mesh，路由算法，容错，OPNETIABSTRACTWiththerapiddevelopmentofsemiconductortechnology,theperformanceofSystems-on-Chip（SoC）waslimitedbythecommunicationincores.Quotingideasofthedistributedcom

5、putingnetworkcommunicationmode,Network-on-Chip（NoC）technologyemploysroutingandpacket-switchingtoinsteadoftraditionalbustorealizedatacommunication,whichcanimprovethetransmissionperformancesignificantly.Itisanewdesignapproachinverylargescaleintegratedcircuits.AsthekeyinNo

6、Cdesigning,theroutingalgorithmsbecomethemainterm.OnthebasisofanalyzingincommunicationarchitectureofNoC,thepaperaimsatstudyingdeeplyingeneralroutingalgorithmsandfault-tolerantroutingmechanisms.Themainworkandcontributionaredepictedasfollows:（1）Accordingtotheissuesthatthed

7、eterministicroutingalgorithmofon-chipnetworkperformancedegradationisfastundertheconditionofhighloadandtheadaptiveroutingalgorithmhasahighlogicalcomplexityandlargecost,aroutingalgorithmcalledDARAispresentedinthispaper,whichisapplicabletothe2D-Meshtopology.Onthebasisofthe

8、shortestpathtosatisfydelayconstraint,DARAadoptsthedynamicroutingtothecenternodeswhichareeasytobecomehotspots,a