【摘要】：基于傳統(tǒng)蟲孔直通交換(Conventional Wormhole Cut-Through Switching,Con-WCTS)的片上網(wǎng)絡系統(tǒng)(Network-on-Chip,NoC)無法直接實現(xiàn)基于優(yōu)先級的仲裁邏輯,不適用于對信息傳輸實時性要求較高的多核片上系統(tǒng)。引入虛擬通道技術,提出了共享優(yōu)先級蟲孔直通交換(Shared Priority Wormhole Cut-Through Switching,SP-WCTS)的網(wǎng)絡結構,并給出了該網(wǎng)絡信息最壞傳輸時間的計算方法。通過實驗對比了Con-WCT網(wǎng)絡、共享優(yōu)先級蟲孔交換(Shared Priority Wormhole Switching,SP-WS)網(wǎng)絡、SP-WCTS網(wǎng)絡以及輪詢蟲孔交換(Round Robin Wormhole Switching,RR-WS)網(wǎng)絡的可調(diào)度性,并探究了虛擬通道數(shù)量和總網(wǎng)絡利用率對網(wǎng)絡可調(diào)度性的影響。實驗結果表明:SP-WCTS的可調(diào)度性要明顯優(yōu)于另外3種網(wǎng)絡;虛擬通道數(shù)量和總網(wǎng)絡利用率對SP-WS網(wǎng)絡可調(diào)度性的影響大于共享優(yōu)先級SP-WCTS網(wǎng)絡。
【圖文】：

ｏｌｅＣｕｔ－ＴｈｒｏｕｇｈＳｗｉｔｃｈｉｎｇ，ＳＰ－ＷＣＴＳ）機制，消除了共享優(yōu)先級仲裁機制中存在的優(yōu)先級反轉問題，并給出了信息最壞傳輸時間（Ｗｏｒｓｔ－ＣａｓｅＴｒａｖｅｒｓｉｎｇＴｉｍｅ，ＷＣＴＴ）的計算方法。另外，本文對比了不同網(wǎng)絡參數(shù)對傳統(tǒng)蟲孔交換網(wǎng)絡和ＳＰ－ＷＣＴＳ實時性分析的影響，對設計者在不同的應用場景中選擇合適的片上網(wǎng)絡交換機制有一定的參考意義。１基于優(yōu)先級共享的蟲孔直通交換１．１蟲孔直通交換蟲孔直通交換融合了蟲孔交換和直通交換技術。如圖１所示，路由為各微片設置一個本地ＩＤ，來自同一個報文的微片，其本地ＩＤ相同。傳輸過程中，各輸出端口對發(fā)出傳輸請求的輸入端口輪流接通，從而使得來自不同輸入端口的微片交錯地從同一個輸出端口輸出。為保證來自不同報文的微片正確地選擇其路徑，蟲孔直通交換路由設置有一個路徑保留表，存儲了每個本地ＩＤ及其對應的輸出端口。每個報文的本地ＩＤ在頭微片傳入路由時分配，尾微片傳出時回收。圖１蟲孔直通交換Ｆｉｇ．１Ｗｏｒｍｈｏｌｅｃｕｔ－ｔｈｒｏｕｇｈｓｗｉｔｃｈｉｎｇ傳統(tǒng)蟲孔直通交換中，來自不同輸入端口的報文在同一輸出端口公平地輸出，，不適用于實時性要求較高的場合。為了保證實時報文在截止期限之前到達目的節(jié)點，需要采用基于優(yōu)先級的仲裁機制，而在蟲孔直通交換機制下直接使用優(yōu)先級仲裁可能會導致優(yōu)先級反轉。假設圖１中的業(yè)務優(yōu)先級順序為Ａ＞Ｃ＞Ｂ，若Ａ恰好在Ｂ的某個微片后傳入，則Ｃ會搶占Ｂ，從而阻塞Ａ，造成優(yōu)先級反轉，高優(yōu)先級業(yè)務Ａ被阻塞的時間難以預測。１．２共享優(yōu)先級蟲孔直通交換為了解決優(yōu)先級反轉

華東理工大學學報（自然科學版）第４３卷主要用來避免死鎖（Ｄｅａｄｌｏｃｋ），提高帶寬使用率［４］。ＳＰ－ＷＣＴＳ網(wǎng)絡的傳輸機制如圖２所示。每個輸入端口的緩存被劃分為幾個獨立的小片，每一個小片都可以作為一個虛擬通道。ＳＰ－ＷＣＴＳ網(wǎng)絡為每一個優(yōu)先級分配一個虛擬通道，各虛擬通道有獨立的先進先出隊列，優(yōu)先級為ｉ的業(yè)務只能使用優(yōu)先級為ｉ的虛擬通道。不同優(yōu)先級業(yè)務間的搶占發(fā)生在微片級，即高優(yōu)先級業(yè)務可以在低優(yōu)先級業(yè)務傳輸完一個微片后搶占輸出端口。當一個網(wǎng)絡連接上的高優(yōu)先級業(yè)務被阻塞時，低優(yōu)先級的業(yè)務可以使用該連接進行傳輸。圖２共享優(yōu)先級蟲孔直通交換網(wǎng)絡仲裁機制Ｆｉｇ．２Ａｒｂｉｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｈａｒｅｄｐｒｉｏｒｉｔｙｗｏｒｍｈｏｌｅｃｕｔ－ｔｈｒｏｕｇｈｓｗｉｔｃｈｉｎｇＮｏＣ虛擬通道的引入會增加路由緩存的消耗，為了兼顧實時性能和資源消耗，ＳＰ－ＷＣＴＳ允許多個傳輸任務共享同一個優(yōu)先級，以減少虛擬通道的數(shù)目。同優(yōu)先級的報文在微片級相互交錯傳輸，避免了同優(yōu)先級傳輸任務之間的長時間阻塞。網(wǎng)絡中，優(yōu)先級標號越大表示優(yōu)先級別越低，優(yōu)先級１為最高優(yōu)先級。τ１與τ２共享優(yōu)先級１，該輸入端緩存中微片被讀取的順序如圖２中Ｏｕｔｐｕｔ所示。每個輸出端在發(fā)出請求的輸入端選擇最高優(yōu)先級的虛擬通道進行傳輸。２網(wǎng)絡最壞延時分析２．１實時通信模型設一個蟲孔直通交換網(wǎng)絡Γ中存在ｎ個業(yè)務：Γ＝τ１，τ２，…，τ｛｝ｎ（１）其中τｉ代表業(yè)務ｉ，并假設所有的業(yè)務都是周期性地發(fā)送報文。每個業(yè)務可以用如下５個屬性來表示：τ

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本文編號：2584381