隨著集成電路(Integrated Circuit,IC)工藝節(jié)點(diǎn)的進(jìn)步,在片上系統(tǒng)(System-on-chip,SoC)上可集成的IP(Intellectual Property)核數(shù)越來越多,實(shí)現(xiàn)的功能也越來越復(fù)雜。SoC設(shè)計(jì)方法學(xué)通常采用總線式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),目前在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中總線面臨的有限地址空間和較大的延遲問題已成為設(shè)計(jì)的瓶頸。片上網(wǎng)絡(luò)(Network-on-chip,NoC)技術(shù)借鑒了分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的特點(diǎn),它具有的并行通信能力和網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性可以有效地解決復(fù)雜SoC的通信瓶頸問題,已成為具有廣闊前景的片上互連解決方案。在片上網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中,路由算法對網(wǎng)絡(luò)的延遲、吞吐率和硬件開銷等性能有重要的影響,因此,高效路由算法的研究十分重要。路由算法中確定性路由算法的路徑唯一、實(shí)現(xiàn)簡單,但不能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)選擇路徑,僅適用于低注入率;而其中的自適應(yīng)路由算法可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)動態(tài)選擇輕負(fù)載路徑,適用于高注入率。本論文系統(tǒng)地分析了片上網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù),對自適應(yīng)路由算法展開了深入的研究,提出了一些設(shè)計(jì)思路,主要的研究內(nèi)容和研究成果如下:(1)對已存在的XY、XY-YX、CXY和OE(Odd Even)路由算法進(jìn)行了詳細(xì)的分析和實(shí)現(xiàn),通過流程框圖、偽代碼和轉(zhuǎn)彎模型(Turn Model)分析了每種路由算法的設(shè)計(jì)思想和優(yōu)缺點(diǎn),然后通過對比分析找出了已有路由算法可以進(jìn)一步改進(jìn)的創(chuàng)新點(diǎn),即將傳統(tǒng)的OE路由算法改進(jìn)為真正的具有自適應(yīng)性的OE路由算法。(2)針對傳統(tǒng)OE路由算法不能動態(tài)選擇路由路徑的問題,提出了一種公平仲裁路由(Fair Arbiter Routing,FAR),該算法采用了兼顧優(yōu)先級和公平性的可變優(yōu)先級(Alterable Priority,AP)仲裁方案在路由節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)了輸出多路徑的動態(tài)隨機(jī)選擇,緩解了擁塞,提高了網(wǎng)絡(luò)性能。公平的FAR路由算法分別在OE模型和XY模型上實(shí)現(xiàn),Noxim仿真平臺的仿真和在SMIC 0.13μm CMOS工藝下的驗(yàn)證結(jié)果表明,公平仲裁FAR路由算法以較低的硬件開銷增加有效地改善了路由的網(wǎng)絡(luò)性能。(3)針對輕負(fù)載路徑的選取問題,提出了一種本地自適應(yīng)公平仲裁路由(Local Adaptive Fair Arbiter Routing,LAFAR),該算法采用擁塞感知的方式獲取相鄰路由器的擁塞信息,通過比較相應(yīng)路由端口的擁塞值大小選擇低擁塞值的路徑,有效地避開了擁塞區(qū)域,改善了網(wǎng)絡(luò)性能;若擁塞值相同,則該路由算法退化為FAR路由算法,通過AP公平仲裁隨機(jī)選擇路由路徑。LAFAR路由算法分別在OE模型和XY模型上實(shí)現(xiàn),Noxim仿真平臺的仿真和在SMIC 0.13μm CMOS工藝下的驗(yàn)證結(jié)果表明,低擁塞LAFAR自適應(yīng)路由算法具有良好的路由網(wǎng)絡(luò)性能和較低的額外硬件開銷增加。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN47
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號對照表
縮略語對照表
第一章 緒論
    1.1 研究背景和研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和進(jìn)展
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 論文研究內(nèi)容
    1.4 論文結(jié)構(gòu)安排
第二章 NoC路由基礎(chǔ)及關(guān)鍵技術(shù)研究
    2.1 NoC路由概述
    2.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由算法
        2.2.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
        2.2.2 路由算法
    2.3 交換機(jī)制和負(fù)載模式
        2.3.1 交換機(jī)制
        2.3.2 負(fù)載模式
    2.4 NoC性能評估
        2.4.1 NoC網(wǎng)絡(luò)性能
        2.4.2 NoC硬件資源開銷
    2.5 本章小結(jié)
第三章 傳統(tǒng)NoC路由算法的優(yōu)化分析
    3.1 XY路由算法
    3.2 XY-YX路由算法
    3.3 CXY路由算法
    3.4 OE路由算法
    3.5 仿真性能分析
    3.6 本章總結(jié)
第四章 公平仲裁FAR路由算法設(shè)計(jì)
    4.1 OE路由算法改進(jìn)
        4.1.1 改進(jìn)的原因
        4.1.2 改進(jìn)的方式
    4.2 公平仲裁
        4.2.1 RR（Round-Robin）仲裁
        4.2.2 FP（Fixed-Priority）仲裁
        4.2.3 Lottery仲裁
        4.2.4 公平的AP仲裁
    4.3 FAR路由算法
        4.3.1 FAR路由算法的提出
        4.3.2 在OE模型上的實(shí)現(xiàn)
        4.3.3 在XY模型上的實(shí)現(xiàn)
    4.4 本章總結(jié)
第五章 自適應(yīng)LAFAR路由算法設(shè)計(jì)
    5.1 網(wǎng)絡(luò)擁塞
    5.2 LAFAR路由算法的提出
    5.3 LAFAR路由算法的實(shí)現(xiàn)
        5.3.1 在OE模型上的實(shí)現(xiàn)
        5.3.2 在XY模型上的實(shí)現(xiàn)
    5.4 本章總結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡介

【參考文獻(xiàn)】

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6 張恒龍;顧華璽;王長山;;片上網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究[J];中國集成電路;2007年11期

7 高明倫;杜高明;;NoC:下一代集成電路主流設(shè)計(jì)技術(shù)[J];微電子學(xué);2006年04期

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4 周干民;NoC基礎(chǔ)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2005年

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本文編號：2860260