异构多核SoC中片上网络技术分析与实现

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1、异构多核SoC中片上网络技术研究与实现摘要片上网络（NoC）作为一种新型的集成电路体系结构，替代了传统的片上总线来完成多核之间的通信任务。NoC在尽最大努力服务的前提下，还要保证高吞吐量、低延时、低功耗等。本文着重研究NoC的通讯领域问题，探讨适合于异构多核SoC中各资源节点间通讯的路由算法和交换方式，保证网络通讯的畅通，从根本上提高NoC执行任务的效率。论文的主要工作如下：一、基于“包-电路交换”机制的NoC结构设计。由于“包-电路交换”适合于异构多核之间大批量数据的传输，研究了“包-电路交换

2、”协议，分析它的传输特性和效率，并根据“包-电路交换”协议，对路由器的功能和结构进行划分，完成了路由器的RTL级设计与仿真。二、基于“包-电路交换”的NoC的路由算法分析与设计。为了充分发挥“包-电路交换”的优势，尽可能成功的建立链路，选择合适的路由算法至关重要。在基于“包-电路交换”的NoC上设计与实现了三种不同的路由算法：XY路由、转向路由、回退转向路由。实验结果表明，与XY路由相比，回退转向路由算法使得网络的平均吞吐量和平均包延迟最大改善分别为32.99%和24.21%。三、探讨“包-电路

3、交换”NoC的优化设计方法。针对“包-电路交换”在传输短包时的低效率问题，分析三种针对短包传输的优化方案：投机发送短包、绑定发送短包、配置网络发送短包。由于第一种方案不需要增加额外的缓存资源，本文设计实现了支持投机发送的“包-电路交换”的路由器，减少了短包发送在链路建立阶段的等待时间，提高了短包的传输效率。实验结果显示，与不支持投机发送的NoC相比，支持投机发送使得网络在传输短包时的平均吞吐量最大可增加3.4倍，网络的平均包延时最大可减少一半。关键词：片上网络；异构多核；包-电路交换；路由算法；

4、网络性能IResearchandImplementationofNetwork-on-ChiponHeterogenousMulti-ProcessorSystem-on-ChipABSTRACTNetworkonchip(NoC)hasbeenwidelyusedinHeterogeneousMulti-processorsystemonchip(MPSoC)asthemaincommunicationinfrastructure,whichcannotonlyguaranteeservice

5、,butalsoensurehighthroughput,lowlatencycommunication.ThisthesisstudiesroutingalgorithmsandswitchingtechniqueinNoC,especiallyinPacket-ConnectedCircuit(PCC)NoC.Themainworksareasfollows:1.ThebasicrouterstructureofPCChasbeendesigned.PCCissuitableformassd

6、atatransmissionbetweenheterogeneousmulti-cores,sotheroutingprotocolforPCChasbeenstudied,aswellasitstransmittingcharacteristicsandefficiency.Accordingtotheprotocols,thebasicstructureofaPCCrouterhasbeendesigned,andthebasicmoduleshasalsobeendefined.Thew

7、holerouterhasbeendesignedinRegisterTransferLevel(RTL)andsimulationhasbeenperformedtoprovefunctioncorrect.2.DifferentroutingalgorithmsofPCChavebeenanalyzed.EstablishingthelinkofPCCisoneofthekeyeffectsthataffectthewholeperformance,whichisgreatlydetermi

8、nedbytheroutingalgorithms.Threekindsofroutingalgorithmshavebeenanalyzed:XYroutingalgorithm,TurnroutingalgorithmandRetrograde-Turnroutingalgorithm.Experimentresultsdemonstratethat,comparedwiththeXYroutingalgorithm,theRetrograde-Turnroutingalgorithmcan