多播片上网络路由器的设计与实现

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1、摘要多播通信成为大规模片上网络中的一项基础通信服务，如何实现支持多播通信的片上网络成为新的研究热点。传统设计方法主要有基于路径的多播通信方式和基于树的多播通信方式。其中基于路径的多播通信方式占用较多的片上资源，不适合资源受限的片上网络应用背景；基于树的多播通信方式占用较少的资源却容易发生阻塞及死锁，路由器结构也较为复杂。因此本文的研究重点在于如何设计高效的多播通信方式以及占用较少资源的多播路由器。本论文的主要工作从三个方面展开。首先，本文总结并分析了虫孔交换网络基于树的多播通信中存在的三种死锁问题，提出一种分层通信结合死锁检测与恢复的解决方案。分层网络的方法可以区分不

2、同方向的流量，降低多播死锁概率，死锁检测与恢复机制用于彻底解决小概率发生的多播死锁问题。该设计具有较高的链路利用率、较低的通信时延、较高的自适应性和一定的流量均衡功能；其次，基于上述理论，本文选用XilinxXC6VLX240T芯片建立了多播路由器的RTL级模型，并对其进行了必要的分析验证。该多播路由器结构简单，和相同配置下的传统单播路由器相比占用逻辑资源减少34.74%，存储资源减少6.28%；最后，本文设计并实现了可用于多播验证的FPGA演示验证平台，使用该平台能够对片上网络流量类型、交换机制以及路由算法等多个方面进行验证，在该平台下我们对所设计的多播片上网络在多

3、种多播流量下的性能进行了验证。关键词：片上网络多播通信路由算法路由器FPGA万方数据ABSTRACTMulticastcommunicationisbecomingabasecommunicationserviceoflarge-scaleNetworkonChip(NoC),andhowtodesignaNoCsupportingmulticastcommunicationinhardwarelevelisbecomingmoreandmoreimportant.Therearetwoconventionalmulticastcommunnicationdesign

4、methodsincludingpath-basedmulticastandtree-basedmulticast.Theformercostsmuchresource,whichisnotappropriatefortheon-chipapplicationwithstrongresourceconstraint.While,thelattercostlessresources,butithasseriousproblemsofblockanddeadlock,alsowithcomplexrouterarchitecture.So,thispaperisfocus

5、edonhowtodesignanefficientNoCroutersupportingmulticasttakeslessresource.Themainworkofthisarticlecanbedividedintothreeaspects.Firstly,threekindsofdeadlockintree-basedmulticastnetworkcombinedwithwormholeswitchingareconcluded.Basedontheseanalyses,adeadlockfreeNoCisdeveloped,whichadoptsthem

6、ethodofdifferentiatedsubnetworkaswellasdeadlockdetection&recoverymechanism.Byusingdifferentiatedsubnetwork,theprobabilityofdeadlockisreduced.Andthedeadlockdetection&recoverymechanismisusedtothoroughlysolvetheproblemofmulticastdeadlockoccursinasmallprobability.Thedesignhashighlinkutiliza

7、tion,smallmulticastcommunicationlatency,highroutingadaptability,andthefunctionofloadbalancing.Secondly,theXilinxXC6VLX2400TchipisselectedtoestablishamodelofmulticastrouteronRTL-level.Andsomenecessarysimulationsareconducted.Therouterhasasimplestructure,whichconsumes34.74%lessoft