专用片上网络拓扑生成与映射优化算法研究

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1、工程硕士学位论文专用片上网络拓扑生成与映射优化算法研究作者姓名谭云飞工程领域电子与通信工程校内指导教师秦华标教授校外指导教师易四军工程师所在学院电子与信息学院论文提交日期2018年01月ResearchonTopologyGenerationandMappingOpimizationAlgorithmofApplicationOn-chip-NetworkADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：TanYunFeiSupervisor：Prof.QinHuabiao

2、SouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TN303学校代号：10561学号：201521009996华南理工大学工程硕士学位论文专用片上网络拓扑生成与映射优化算法研究作者姓名2谭云飞指导教师姓名、职称：秦华标教授申请学位级别．工程硕士工程领域名称：电子与通信工程论文形式：自产品研发自工程设计也／应用研究自工程／项目管理目调研报告研究方向：片上网络论文提交日期：2018年01月3日论文答辩日期：2018年3月22日学位授予单位·华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员

3、会成员：主席：冯穗力教授委员：奏华标教授林耀荣高工田立斌高工周雄高工摘要随着半导体技术的不断发展，使用基于传统总线结构作为片上系统(SystemonChip，SoC)的通信架构已经不能满足各个IP核之间的通信需求。为了解决总线结构作为通信架构的缺点，片上网络（NetworkOnChip，NOC）成为一种有效的解决方案。在使用片上网络进行芯片架构设计时，由于芯片面积，功耗等性能的约束，需要对片上网络进行特定的设计。然而，在专用片上网络设计（Application-SpecificNetworkOnChip，ASNOC）邻域仍然存

4、在许多的基础理论和技术问题没有得到有效的解决，主要为如何生成一个整体性能均衡的拓扑结构以及更高效的寻找到目标函数较优的映射方案。因此，本文针对这两方面进行深入研究，提出了一种多目标拓扑生成方法以及针对专用片上网络的映射优化方法。主要工作内容如下：（1）基于延迟和容错性能的多目标专用片上网络拓扑生成方法研究。针对单目标拓扑生成方法生成的拓扑结构的整体性能较差的缺点，首先采用基于线性加权方法建立基于延迟和容错性能的多目标拓扑生成模型，其次使用单通路拓扑生成方法生成单通路拓扑结构的基础上结合添加链路和路由的方法生成一簇多通路拓扑集，

5、最后通过上述创建的多目标模型从多通路拓扑集中选取目标函数最优的拓扑结构。通过与其它基于单目标的拓扑生成方法生成的拓扑结构相比，本文拓扑生成方法生成的拓扑结构具有更低的延迟和更优的容错性能，拓扑结构的整体性能更优。(2)基于功耗的专用片上网络映射优化算法研究。首先对专用片上网络的映射功耗进行分析并建立映射功耗模型。其次根据专用片上网络拓扑结构的特点基于通信量对任务节点进行集簇处理来降低映射功耗值以及减小搜索空间。最后通过具有记忆模块的模拟退火算法寻找功耗值最优的映射方案。为了与实际应用结合，本文将目前常用的多媒体任务图使用模拟退

6、火算法，遗传算法以及随机映射算法进行映射功耗对比，以证明模拟退火算法在专用片上网络映射中的优越性。同时也对集簇处理与未进行集簇处理的任务图进行映射功耗以及平均跳数对比，实验结果表明当任务节点增加时，使用集簇处理后再进行映射在功耗值和平均跳数上具有一定的优势。关键词：专用片上网络；拓扑生成；映射；多目标；功耗IAbstractWiththecontinuousdevelopmentofsemiconductortechnology,thecommunicationarchitecturebasedonthetraditional

7、busarchitectureasasystemonchip(SoC)hasbeenunabletomeetthecommunicationneedsamongvariousIPcores.Inordertosolvetheshortcomingsofbusstructureasacommunicationarchitecture,theproposalofNetworkonChip(NoC)becomesaneffectivesolution.WhenusingtheNetworkonChipforchiparchitect

8、uredesign,thespecificdesignoftheNetworkonChipneedstobeperformedduetotheperformanceconstraintsofchiparea,powerconsumptionandthelike.However