[发明专利]一种基于片上网络的通信结构

说明书

技术领域

本发明属于电子物理技术领域，更进一步涉及微电子技术领域中的一种基于片上网络的通信结构。该通信结构包括两部分：路由器和流量控制器；本发明是建立在片上网络NoC(Network-on-Chip)基础上，在NoC的各个网络节点上通过路由器采用分组交换的方法实现对节点中来自不同方向的数据流的均衡、高效的分组，通过流量控制器对数据分组传输，组成一个具有计算和通信功能的完整通信系统，很好的解决了由于目前片上系统的规模越来越大，使IP核急剧增加带来的数据传输的延时问题和数据传输的不均衡问题。

背景技术

随着集成电路工艺尺寸的等比例减小，片上系统的规模越来越大，单一芯片上集成的处理器核——IP核的数量迅速增加，需要更高的核间通信的带宽来满足系统的要求。当片上系统的处理器核数量较少的时候，采用交叉开关等集中式的互联结构可以满足系统的要求。但是，随着芯片中处理器数量的迅速增加，这种集中式的互联结构出现了以下问题：(1)互联结构的可扩展性比较差，不利于系统的规模的扩大；(2)设计复杂度和面积开销较大，不利于多核片上系统的设计。基于片上网络NoC(Network-on-Chip)的结点路由器采用数据分组交换的方法替代传统的总线通讯方法，和流量控制器共同组成具有计算和通信功能的完整系统，很好的解决了集中式互联结构出现的问题。

传统的多核片上系统SoC(System-on-Chip)采用的核间通信机构主要包括总线式结构和交叉开关式结构，这两种结构虽然在多核片上系统SoC的设计上应用广泛，但是如果片上系统的IP核的数量大量增加，传统的片上系统核间通信结构一方面在设计复杂度和系统的可扩展性上面临严峻的挑战，另一方面多核间互联线的延迟和系统的功耗问题也越来越突出。二维网状片上网络结构(2D Mesh)的规则性和易扩展性，有利于布局布线。本发明就是基于二维网状片上网络结构的变型，提出来一种均衡负载、结构简单、可复用的片上网络拓扑结构。本发明的目的就是为解决复杂片上系统SoC面临的性能、功耗、延时和可靠性等各种问题。

中国航空无线电电子研究所申请的专利“一种低缓冲区上网络路由器及路由方法”(申请号201410437689.4，公开号CN104158738A，公开日为2014.11.19)中公开了一种低缓冲区片上网络路由器的结构。该路由器包括n个输入端口，n个输入寄存器、路由计算模块、优先级计算模块、端口分配模块、交叉开关、p个单微片缓存器，p个输出端口。当高优先级与次高优先级微片出现有效输出端口竞争时，端口分配模块根据优先级仲裁策略将次高优先级微片发送至相应的单微片缓存器，当其它低优先级微片竞争此端口时，分配偏转输出端口；待输出端口空闲时将次高优先级微片直接输出至下级路由节点。该专利技术存在的不足是，虽然该路由器结构降低了网络的面积和功耗，但是采用低缓冲区片上网络路由器使得片上网络中数据的传输延时增大同时设计也较为复杂。

西安邮电学院拥有的专利技术“一种双层双环型片上网络拓扑结构”(申请号200810232463.5，授权公告号CN 101420380 B，公开日为2009.04.29)中公开了一种双层双环型片上网络拓扑结构。该网络拓扑结构包括IP单元、交换单元、网络适配器、链路单元等。其中交换单元实现各IP单元的相互通信，使用时分复用和优先级相结合机制，实现了公平路由和带宽的空分复用。该专利技术存在的不足是，网络拓扑结构需要两组环网，每组环中又包含一个控制环和一个数据环，环网拓扑结构的网络直径较小，路径多样性较差，硬件资源开销较大。

冯超超的博士学位论文“片上网络无缓冲路由器关键技术研究”(国防科技大学2012.4)中提出了一种在复杂环境下有效应对故障的无缓冲路由结构。该路由结构是一种基于置换网络的单周期高性能无缓冲路由器(BLESS_PERM)，采用一个简单的两级置换网络替代了原路由器中串行化的交换分配器以及交叉开关，缩短了关键路径的逻辑级数，可以提高实现的时钟频率。该片上网络无缓冲路由器存在的不足之处是：在片上系统的核间数据通信比较频繁的时候容易出现负载不均衡的问题和数据传输的拥塞问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于片上网络的通信结构，解决现有发明片上网络多核间大量数据分组通信的通信效率低，通信结构复杂，路径多样性差，网络负载不均衡的问题。本发明具有结构简单、硬件开销少、通信效率高、网络负载均衡的特点，可以满足系统在短时间内及时处理大量数据的要求，并可以通过IP复用技术组成通信网络，应用在片上网络系统中。