高吞吐率定制化的fpga片上网络实现

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1、高吞吐率定制化的FPGA片上网络实现HighThroughputandCustomizedNoCImplementationBasedonFPGA领域：集成电路工程研究生：陈琦指导教师：刘强副教授企业导师：李迅天津大学电子信息工程学院二零一五年十一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文

2、作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要随着半导体制造工艺水平的发展，数字芯片的集成度不断提高。近年来，在FPGA平台上涌现出很多多核片上系统（MPSoC）应用。核间通信是实现多核片上系统的关键。片上网络（NoC）是

3、解决多核通信问题的有效手段。这促使基于FPGA的片上网络（NoC）实现得到迅速发展。本文基于FPGA细粒度的可重配置和定制化特性，探索了设计高吞吐率片上网络路由器架构的方法。首先，路由器逻辑操作被划分为两级流水线，并改进valid/backpressure流控机制，这使该设计具有很高的操作频率；其次，探索了不同的缓存配置方案，并提出了一种具有低队列延迟特性的架构；最后，在保持相同资源消耗的前提下，提出了两种能提高片上网络饱和吞吐率的缓存优化分配算法。实验结果表明该设计将最高操作频率提升到432MHz，相比于CONNECT提高了3.7倍，饱和吞吐率提高了3.4倍

4、。线性和迭代两种缓存优化算法相比优化前，分别最多能提高7.7%和9.3%的饱和吞吐率。关键词：现场可编程门阵列片上网络定制化缓存优化ABSTRACTThedevelopmentsemiconductormanufacturingtechnologyhasboostedtheintegrateddegreeofdigitalchip.Recently,numerousMultiple-ProcessorSystemonChip(MPSoC)applicationsemergeonFPGA.ThekeytoimplementtheMPSoCisthemultico

5、recommunicationproblem.Networkonchip(NoC)isaneffectiveinfra-structuretomakethemulticorecommunication,whichmotivatesthedesignofFPGAbasedNoC.ThisthesisinvestigatestheNoCrouterarchitectureingreatdetailanddesignhighthroughputarchitecturebasedonthefine-grainedconfigurabilityandcustomizab

6、ilityprovidedbyFPGAs.Specifically,we1)dividethelogicoperationsoftherouterintotwopipeliningstagesandimplementamodifiedvalid/backpressureflowcontrolmechanismtosupporthighfrequencyandpipelinedroutingoperation;2)exploredifferentbufferingschemestofindanarchitecturewhichcansustainlowqueui

7、ngdelaysandproposetwobufferallocationoptimizationalgorithmtoimprovethethroughputwiththesameusageofresource.Theexperimentalresultsshowthatthepipelinedarchitectureachievesoperationclockfrequencyto432MHz,whichis3.7timeshigherthanthatofanopensourceFPGA-basedNoC,CONNECT,leadingtoabout3.4

8、timesimprovementint