[发明专利]路由自适应异步2D-Torus片上网络及其设计方法

说明书

技术领域

本发明属于异步电路设计领域，具体涉及一种路由自适应异步2D-Torus(二维环状)片上网络及其设计方法。

背景技术

随着集成电路技术的飞速发展，系统规模越来越大，时钟频率越来越高。传统总线时钟和功耗方面的问题越来越难以解决。片上网络(Network on Chip，NoC)可以很好的解决这些问题，已逐渐成为片上多核的标准通信架构。目前大多数片上网络采用同步通信机制，网络节点间的通信采用单一时钟驱动。只有少量片上网络采用异步通信机制，网络节点间的通信由局部握手协议控制。对异步片上网络的研究相对落后于同步片上网络，主要是由于异步电路设计较为复杂，且缺少成熟的工具支持，不过仍然是集成电路设计里的一个重要的研究方向。将异步电路设计方法应用于大规模集成电路中会给现阶段的电路设计解决很多问题，尤其是功耗和电磁兼容性方面会有显著的提高。

目前，异步片上网络的拓扑结构主要利用最典型的2D-Mesh(二维网格)结构，该结构简单，易于实现，扩展性强。但是大规模电路中，节点比较多，这样节点间距离比较大，占用面积也比较大，功耗相对较高。

另外，由于异步电路设计较为复杂，因此传统的异步片上网络采用的都是确定性路由算法。确定性路由算法是一种静态路由算法，每个路由节点与其他路由节点间的通信在最初就是确定的，源地址和目的地址间只存在一条数据通道。确定性路由算法具有路由固定，响应迅速的特点，在低拥塞的片上网络环境中具有较优的性能。但是该类算法具有被动性和盲目性，只能通过预先对数据包进行分流传输，无法实时的根据拥塞状态，动态调整路由方向。因此，当网络发生拥塞时，可能会出现路由资源的浪费，而且会降低数据传输的效率，最终将导致路由性能的迅速下降。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种路由自适应异步2D-Torus片上网络及其设计方法。

本发明的技术方案：

一种路由自适应异步2D-Torus片上网络，包括：多个异步路由节点、挂载在不同的异步路由节点上的多种IP核；所述多个异步路由节点按照2D-Torus拓扑结构和异步握手通信机制构建片上网络；

所述异步路由节点具有东向、西向、南向、北向和本地端口共五个端口，其中本地端口挂载所需的IP核，用于对从异步路由节点接收的数据进行相应的处理；东向、西向、南向、北向端口作为与相邻异步路由节点的连接端口，接收上游异步路由节点的数据帧，同时经过路由计算与数据仲裁，确定合适的输出方向端口，并通过该输出方向端口将数据传递给下游异步路由节点；

所述东向、西向、南向、北向和本地端口中每一端口，包括输入端、数据接收模块、数据解码模块、路由计算模块、交叉开关模块、数据仲裁模块、数据编码模块、数据发送模块和输出端；

上游异步路由节点某端口的数据帧从当前异步路由节点某相应端口的输入端进来后，依次经过数据接收模块、数据解码模块、路由计算模块、交叉开关模块、数据仲裁模块、数据编码模块和数据发送模块，从当前异步路由节点该端口的输出端输出至下游异步路由节点的某相应端口；

所述数据接收模块，用于从输入端接收数据并传送至数据解码模块；

所述数据解码模块，用于对从数据接收模块接收的数据进行解码，并把解码后的数据发送至路由计算模块；

所述路由计算模块，用于利用基于阻塞感知的异步电路自适应路由算法，确定从数据解码模块接收的解码后的数据要发送的输出方向端口；

所述交叉开关模块，用于将解码后的数据发送到路由计算模块确定的端口的数据仲裁模块；

所述数据仲裁模块，用于接收除本端口以外的其他端口的交叉开关模块发送来的数据；对所接收的数据进行优先级仲裁；按照仲裁的优先级顺序，将数据发送至数据编码模块；

所述数据编码模块，用于接收数据仲裁模块发送的数据，并对接收的数据进行编码，将编码后的数据发送至数据发送模块；

所述数据发送模块，用于将从数据编码模块接收的数据发送至输出端。

所述的路由自适应异步2D-Torus片上网络的设计方法，采用异步电路设计方法学对该片上网络进行设计，包括如下步骤：

一、利用Petri网异步电路图形表示法设计异步路由节点具有的各个端口的接口行为，并对异步路由节点内部的数据流向进行描述；

二、对异步片上网络中传输数据的数据结构进行设计；