[发明专利]包-电路交换片上路由器及其传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于片上网络的包-电路交换片上路由器，具体地说是一种构成片上网络的低资源消耗、高性能包-电路交换片上路由器及其传输方法。

背景技术

片上网络(NoC)由资源节点(Resource)、路由器(Router)、通道(Channel)和网络接口(Network Interface，NI)组成，如图1所示：

11为资源节点：执行计算和存储任务的节点。

12为路由器：也称为开关节点或通讯节点，执行通信任务。

13为通道：指资源节点和开关节点之间、开关节点和开关节点之间的连线(图1中的E、W、N、S和L)。

14为网络接口：指资源节点和开关节点之间的接口，通常划分在资源节点中。只有配备了网络接口的资源节点才能连接到网络上与其他资源节点进行通信。

NoC最为突出的优点是可扩展性和可重用性。NoC采用分布式的拓扑结构，资源节点和开关节点相互独立，资源节点通过一个标准接口接入网络(与开关节点相连)。也就是说，只要资源节点具备网络接口就可以在网络上任何一个开关点接入网络，而且每个开关节点都是相同的。NoC这种规则化的结构特征，一方面使得资源所占带宽不会随着网络扩展而下降；另一方面，使得IP重用和网络架构重用都成为可能。正是由于这种灵活性，基于NoC的复杂系统芯片面市时间和研发成本都得以大幅降低。

在NoC设计中，片上路由器设计的优劣将直接影响整个NoC系统的性能，故尤为重要。包交换路由器是目前研究中最主要的路由器类型，其功能和结构是宏观网络中路由器的简化。包交换路由器一般使用缓冲器将数据包暂时存储，缓冲器的大小与网络性能密切相关，所以包交换路由器的面积通常较大。包交换路由器的数据传输延时与网络状况有关，其延时通常较长(数十至数千个周期，每个路由器的理想延时在四至七个周期之间)，不易满足系统实时性要求。

随着集成规模的增加，片上路由器将大量存在于NoC中，因此要求其面积较小，同时为了获得高性能，包-电路交换片上路由器必须具有较小且可预见的通讯延时。

发明内容

为了满足片上网络的面积和性能要求，本发明的目的是提供一种构成片上网络的包-电路交换片上路由器及其传输方法，该路由器资源消耗低、性能高，能满足片上网络的面积和性能要求。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种包-电路交换片上路由器，其特征在于：该路由器包括输入状态机、输出状态机、优先级编码器、地址译码器、仲裁器和交叉开关，输入状态机控制输入通道的工作状态，并将接收的请求信号传送给优先级编码器；优先级编码器根据设定的固定优先级对请求信号进行编码，并通过地址译码器将输入的目标节点地址信号转变为路由方向信号输出；仲裁器接受地址译码器的解码结果，根据固定优先级顺序和端口占用情况，输出输入端口与输出端口互连信号及输出端口占用信号，直到选择合适的路径到达目的节点；交叉开关接收仲裁器输出的互连信号，实现输入、输出端口之间的正确互连。

本发明中，输入状态机包括五个工作状态：空闲、请求、半锁定、锁定和失败；输入状态机在空闲态接收请求包，并进入请求状态；如果该路由请求得到授权，则输入状态机进入半锁定状态，如果该路由请求被驳回，则输入状态机进入路由失败状态；输入状态机在半锁定状态时，如果收到链路建立成功信号，则输入状态机进入锁定状态，如果收到链路建立失败信号，则输入状态机进入路由失败状态。

优先级编码器设定的各输入通道的优先级顺序是：本地＞东＞南＞西＞北。

输出状态机有空闲、锁定两个工作状态，空闲表示输出通道当前可用，锁定表示输出通道已被占用；当源节点的一位控制信号为0或复位信号有效时，输出状态机进入空闲态；输出状态机在空闲态时，如果仲裁器授权该通道传输数据，则输出状态机进入锁定状态，直到仲裁器释放该通道，输出状态机回到空闲态。

所述输入状态机的输入通道数量为一组若干个；输出状态机的输出通道数量也为一组若干个。

一种包-电路交换片上路由器的传输方法，其特征在于该传输过程分为三个阶段：链路建立阶段，数据传输阶段和链路释放阶段。

链路建立阶段，路由器首先存储请求包，然后进行优先级编码、地址解码、仲裁，再将请求包转发到下一路由器，一旦链路建立成功，该链路就成为专用电路而不能被网络上的其他路由器使用。

数据传输阶段，路由器不对数据包进行任何处理，直接将数据包经过一级流水线发送到下一路由器，数据通过每个路由器的延时仅为一个时钟周期。