[发明专利]片上网络路由器的低开销分配结构及分配方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种用于路由器中虚信道分配和开关分配的片上网络路由器的低开销分配结构及分配方法。

背景技术

随着CMOS工艺步入纳米级，单个芯片上可以集成数十亿晶体管，片上系统（SoC）设计越来越复杂，片上系统芯片集成的IP核也越来越多，如何处理好多核之间的通信问题日益得到关注。传统的总线结构严重制约着性能提升，因为总线结构存在以下两个方面瓶颈：（1）带宽限制。虽然总线可以有效的连接多个IP核，但总线地址资源并不能随着IP核的增加而无限扩展，并且总线无法支持一对以上的IP核同时通信，当多个IP核竞争一条总线时，会造成严重阻塞。（2）时钟问题。随着集成特征尺寸进入纳米级，纳米工艺所带来的物理效应问题将使得片上全局同步越来越困难，时钟将会产生偏斜变得无法控制，芯片无法正常工作。

近年来，为了克服上述问题，借鉴计算机网络的思想，研究人员将网络的概念引入到芯片中，提出的片上网络（NoC）结构有效的解决了总线结构的诸多问题。片上网络主要包括路由器，路由器之间的互连链路和网络接口，IP核通过网络接口与路由器相连。数据在片上网络中的传输须通过路由器进行转发，因此路由器是影响片上网络性能的关键。

传统虚信道路由器包括P个输入与输出单元，一个路由计算单元，一个虚信道分配单元，一个开关分配单元和一个交叉开关。传统虚信道路由器采用4级流水线设计，分别是路由计算、虚信道分配、开关分配和开关传输。

首先路由计算单元为数据计算出要去往的输出端口，然后虚信道分配单元才能为该数据分配一个该输出端口可用的虚信道。虚信道分配成功后再进行开关分配，为该数据配置交叉开关，链接相应的输入端口和输出端口。最后根据配置成功的通道进行开关传输，离开当前路由器。虚信道分配与开关分配是传统虚信道路由器传输数据必不可少的两步，并且虚信道分配与开关分配各占一级流水线，因此它们分配所需要的时延占了微片通过路由器所需要的总时间的一半，时延比重较大，而路由器时延是衡量路由器性能的重要参数之一。

传统虚信道路由器的虚信道分配能同时将同一输出端口的多个输出虚信道分配给不同的输入虚信道请求，而开关分配遵循两步仲裁原理，它的第二阶段分配是从同一输出端口的多个被成功分配的输出虚信道中仲裁一个，这导致了虚信道分配工作相对于开关分配而言，存在重复性。

传统虚信道路由器的虚信道分配第二阶段总共有P*V个P*V:1仲裁器，仲裁器的大小和数目都会随着端口数或者虚信道数的变大而急剧增加，因此虚信道分配所占路由器资源比重较大。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种片上网络路由器的低开销分配结构及分配方法，该结构合并虚信道分配单元与开关分配单元，以解决传统虚信道路由器虚信道分配单元占用的资源比重大，虚信道分配与开关分配的工作重复和虚信道分配与开关分配的分配时延大的问题。

为实现上述目的，本发明片上网络路由器的低开销分配结构为：由两步分配结构组成，其中第一步分配结构分布在输出端口，包括P个输出端口分配单元，第二步分配结构分布在输入端口，包括P个输入端口分配单元，所述的P个输出端口分配单元的输入端与路由计算单元的输出端相连接，输出端与P个输入端口分配单元的输入端相连，所述的P个输入端口分配单元的输出端与交叉开关相连；

所述的每个输出端口分配单元均包括一个滤除无效新请求模块，一个PV:1仲裁器模块和一个简单虚信道分配模块；

所述的每个输入端口分配单元即为一个V:1仲裁器模块；

所述的滤除无效新请求模块接收路由计算单元的输入虚信道请求，并滤除这些请求中无效的请求，将剩下的有效请求送入PV:1仲裁器模块；

所述的PV:1仲裁器模块对滤除无效新请求模块滤除后的有效请求进行开关分配第一步仲裁，将竞争成功的请求送入简单虚信道分配模块；

所述的简单虚信道分配模块根据PV:1仲裁器模块发送的竞争成功的请求的性质进行虚信道分配处理，将结果输入至V:1仲裁器模块完成开关分配的第二步仲裁。

本发明片上网络路由器的低开销分配方法包括以下步骤：

1）第一阶段分配，完成开关分配的第一步仲裁和虚信道分配，：

1a）滤除无效新请求模块接收由路由计算单元输入的虚信道请求，并调用简单虚信道分配模块记录的虚信道分配信息，根据记录的虚信道分配信息判断输入虚信道请求的类型，未成功进行过虚信道分配的请求标记为“新请求”，已成功进行过虚信道分配的请求标记为“成功请求”；