片上网络通信节点的研究与设计

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要随着集成电路制造工艺技术的进步，片上系统SoC在设计过程中遇到了通信能力难以满足系统需求、全局时钟难以同步等问题，制约了集成在单一芯片上IP核的规模和数量。片上网络NoC采用基于包交换的通信方式和全局异步局部同步技术，将从体系结构上解决片上系统设计遇到的问题。本课题的主要工作是研究适用于二维网格拓扑结构的通信节点，在Synopsys公司的EDA环境下使用Verilog语言进行设计、仿真，并由该通信节点组成4×4的片上通信网络，进行通信节点的功能验证与性能分析。课题研究工作是构建片上网络模型的基础，可以为体系结构的制定、网络

2、的构建等问题提供有效的参考。论文首先讨论了网络层和传输层的协议和关键技术，在此基础上，给出了通信节点的设计方案，对路由单元进行功能定义和模块划分。根据片上网络在性能、面积和功耗等方面的约束，在通信节点设计中，采用虚拟通道技术减小通道的阻塞概率，避免死锁的发生；在虚通道中加入虫孔通路以减少缓存的使用，降低系统的开销；采用双乒乓缓冲操作增加并行传输能力，提高链路带宽；选择OCP协议作为适配单元的核接口协议，提升片上网络的可扩展性。论文对所做设计工作在4×4的片上网络仿真平台上进行了验证，得到路由单元在工作频率、面积、功耗、传输延时以及链路带宽方面的性能指标，

3、并给出了通信节点面积和传输延时方面的性能预测，通过性能分析给出了通信节点设计的优化策略。关键词：片上网络，通信节点，路由单元，协议栈，虚通道，OCP协议I片上网络通信节点的研究与设计AbstractAstechnologyscalesdown,thedesignofSystem-on-Chipencounterssomedifficultproblems:thecommunicationabilitycannotsatisfytheneedofsystem,theoverallsynchronousclocksystemisdifficulttodesi

4、gn.ThatrestrictsmoreIP-corescouldbeintegratedonasiglechip.Network-on-ChipsolvestheproblemsfromframeworkofsystemwhichSoCencountsbyadoptingpacketswitchingbasedandGALS.Theobjectsinthisarticlemainlyfocusontheresearchofnetworkcommunicationnodebasedon2D-Meshtopology.Thenetworkcommunica

5、tionnodeisdesignedwithVerilogHDLandsimulatedbySynopsysEDAsoftware.Thefunctionverificationandperformanceanalysisofthenetworkcommunicationnodeareaccomplishedina4×42D-MeshNoC.TheresearchofthisarticleistheinfrastructureoftheNoCmodel,whichcouldprovideusefulinformationforarchitecturede

6、velopment,networkstructure,etc.First,thecommunicationprotocolsandkeytechnologiesforNoCnetworklayandtransportlayerisproposed.Onthatbasis,wegiveadesignproposal,afunctiondefinitionandthemoduledividionofanetworkrouter.Weadoptavirtualchannelbasedrouterarchitecturetoavoiddeadlocks,worm

7、wholepipelinesinthevirtualchannelstoreducethebufferingrequirement,pingpongbufferstoincreasetheabilityofparalleltransmissionandthelinkbandwidth,andwealsochooseOCPinterfaceprotocolforthenetworkadaptertoimprovethescalabilityaccordingtotheconstraintsofperformance,areaandpowercomsupti

8、onofNoC.Weobtaintheopertingfrequency,are