[发明专利]全节点虚通道的片上网络环形拓扑数据交换方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种芯片上网络系统的通信方式，特别涉及到环形拓 扑网络中数据的传输和交换的控制方法及其系统。

背景技术

随着半导体制造技术的进步，在一个芯片上可以集成的功能模块 越来越多，而芯片内部各个模块之间的通信效率正逐渐成为影响性能 的重要因素。

在传统的片上系统中，各模块之间通常通过共享总线技术进行通 信。但随着芯片内部复杂度增加，各模块之间通信任务加重，传统总 线式的数据传输渐渐不能满足需要。因此另一种被称为片上网络的技 术逐渐受到人们关注。该技术将传统计算机互联网数据交换的思想用 在了单个芯片上，各个硬件资源通过交换节点，以片上网络的方式交 换数据。与一般总线相比，片上网络有诸多优势，如支持各个部件的 并行通信，有更大的数据带宽；可以根据不同拓扑更方便地增加或减 少节点，可扩展性更强；使用全局同步局部异步机制，解决时钟同步 困难的问题等。

片上网络的拓扑结构有环形，二维网格，树形等。其中，环形拓扑 的最大优势在于实现简单，硬件开销小，尤其是在嵌入式应用中更容 易做到节省面积降低功耗。然而传统的环形拓扑片上网络存在多个缺 点。例如，当数据在某个节点被堵塞时，其后的所有数据都会被阻塞， 降低了环的传输效率。即使采用了一般的虚通道方式，也只能防止该 节点引起的阻塞，无法解决多个节点共同形成的队头阻塞。如何利用 有限的资源，尽量提高环形拓扑片上网络的通信效率，不仅牵涉到环 形系统本身的传输方式设计，也牵涉到交换节点内部的微架构。

发明内容

为了克服已有片上网络环形拓扑结构的无法解决多个节点共同形 成的队头阻塞、通信效率较低的不足，本发明提供一种能够有效解决 多个节点共同形成的队头阻塞、提高通信效率的全节点虚通道的片上 网络环形拓扑数据交换方法及其系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种全节点虚通道的片上网络环形拓扑数据交换方法，在所述片 上网络环形拓扑结构中，存在N个交换节点，N为自然数，N个交换 节点形成环形拓扑结构，每个交换节点内存在并行的N-1条虚通道， 分别对应来自上一节点的N-1种地址的数据，所有节点中以某个目标 地址节点对应的虚通道组成一个虚拟环，所有发送至该目标节点的数 据均通过该虚拟环发送；

当输入FIFO模块和虚通道同时数据发送至下一节点时，根据优 先级配置选择其中一路数据，发送至物理通道，另一路反馈以阻塞信 号，当下一节点收到数据时，产生反馈信号给上一节点，当收到表示 阻塞的反馈信号时，虚通道通过换路，选取其他存在数据的虚通道进 行传输。

作为优选的一种方案：所述N-1条虚通道分为两组，分别用在逆 时针环和顺时针环上。

进一步，当节点数N为奇数时，逆时针环和顺时针环上均配置 (N-1)/2条虚通道；当节点数N为偶数时，逆时针环和顺时针环上 分别配置(N-2)/2和N/2条虚通道。

作为优选的另一种方案：当数据从起始节点发出后，下一节点在 接收时根据地址信息将数据存放到相应的虚通道中，使用固定地址模 式：每个节点内需要配置一个单独的地址表，将每个虚通道对应其后 节点的地址，此时每次转发时无需更改地址；在数据到达目的节点之 后，最后转发至与其相连的本地资源以供处理使用，完成一次数据传 输。

或者是：当数据从起始节点发出后，下一节点在接收时根据地址 信息将数据存放到相应的虚通道中，使用递减地址模式：每个节点内 可以采用同样的虚通道地址分配表，第i条虚通道对应该节点后第i 个节点，i为自然数，此时在每次转发数据时需要自动将地址减1，在 数据到达目的节点之后，最后转发至与其相连的本地资源以供处理使 用，完成一次数据传输。

每条虚通道至少存在1个基本数据单位，并有附加的虚通道空满 状态位。

采用时分复用的形式共享节点之间的物理通道，所述虚通道对应 独立的缓存资源。

一种全节点虚通道的片上网络环形拓扑数据交换系统，包括N个 交换节点，N为自然数，N个交换节点形成环形拓扑结构，

所述交换节点包括并行的N-1条虚通道、仲裁器和输入输出FIFO 模块，所述N-1条虚通道分别对应来自上一节点的N-1种地址的数据， 所有节点中以某个目标地址节点对应的虚拟道组成一个虚拟环，所有 发送至该目标节点的数据均通过该虚拟环发送；