[发明专利]一种用于片上网络的混合互连结构、其网络节点编码方法及其混合路由算法

说明书

技术领域

本发明属于片上网络互连技术领域，具体涉及用于片上网络的混合互连结构、其网络节点编码方法及其混合路由算法。

背景技术

随着半导体工艺技术的快速发展，微电子技术从集成电路设计向系统芯片设计飞速转变着。然而随着工艺技术的持续发展，出现了一些与SoC(system-on-chip)自身特征相关的问题，且这类问题在SoC传统架构下难以解决。基于此情形，片上网络NoC(network on chip)概念在1999年左右被提出。其核心思想是计算单元与通信架构相互分离，而其通信部分则借鉴了计算机网络技术，并将其移植到集成电路设计中来，这样便可以从体系结构上解决片上通信的瓶颈问题。

片上网络的拓扑结构定义了网络中各个模块在芯片上分布和连接的物理布局。拓扑结构的选择将直接影响到网络节点度、网络直径、网络规模，从而影响了网络时延、吞吐量、能耗、面积以及容错等，最终对网络性能参数产生重要影响。因此，在片上网络中，对拓扑结构的设计研究是目前研究的重点之一。

NoC的研究通常涉及以下几种拓朴结构：二维网格结构(2D Mesh)，蜘蛛网，肥胖树，环，网格以及带环网格等。其中，二维网格结构是一种规则型结构，是片上网络研究过程中最常用、最简单直观的拓扑结构，Mesh结构具有可扩展性好、规则性、逻辑结构简单、便于实现和分析等优点，因此在片上网络中得到广泛应用。这种结构设计的缺点是：对称性易引起中央区域拥塞和热点，造成网络负载分布不均衡；其边缘节点相对闭塞，远端节点间长距离多跳通信易造成延迟在网络架构方面，必须斟酌拓扑结构的路径平均距离、可扩展性、节点数量、网络直径等。

片上网络的路由算法依赖于网络拓扑结构。在拓扑结构相同的片上网络中，路由算法决定了数据包传输的路径，从而决定了网络链路的负载分布和拥塞程度。不同路由算法所决定的通讯路径长短将直接影响到整个片上网络的传输延迟、路由传输能耗和缓存排队能耗。良好的片上网络路由算法不仅能够平衡网络负载分布，而且可以使路由路径尽可能短。这些都将对网络吞吐量、通信延迟以及能耗起到关键性作用，也将极大影响整个网络的通信性能，是片上网络设计过程中的重点和难点。

在实际应用中，片上网络的各个节点之间的通信频率是有差别的，往往局部各核之间通信较为频繁，采用上述的几种单一的拓扑结构不能很好的兼顾到这种差异性，很难满足现实的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种能够平衡全局和局部网络之间数据流量的用于片上网络的混合互连结构。

基于混合互连结构，本发明的另一目的是提供一种与用于片上网络的混合互连结构匹配的网络节点编码方法。

基于混合互连结构，本发明的又一目的是提供一种与用于片上网络的混合互连结构匹配的混合路由算法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于片上网络的混合互连结构，包括全局网络和多个局部网络，所述全局网络为由多个网络节点组成的二叉树结构，所述局部网络为由多个网络节点组成的二维Mesh结构，局部网络的中心节点与所述全局网络上的网络节点相连。

具体的，所述二维Mesh结构呈N×N的正方形结构，其中N为正方形边的网络节点数，当N为偶数时，中心节点为二维Mesh结构在中心处形成的正方形的四个端部的网络节点；当N为奇数时，中心节点为二维Mesh结构在中心处的网络节点。

一种用于片上网络的混合互连结构的网络节点编码方法，所述网络节点的地址编码为(L,X,Y,Q),其中L＝L1_L2…_Lk…_Ln,n为二叉树结构的层数，1＜k≤n，X和Y为用XY坐标编码方式以局部网络的中心节点为坐标原点获得的坐标值，Q值为用于表示所述网络节点是在二叉树结构上还是局部网络的坐标原点的值，

当所述网络节点为二叉树结构上第1层的节点时，L1＝L2＝…＝Lk＝…＝Ln＝00，X＝Y＝0；

当所述网络节点为二叉树结构上第k层的节点时，L1＝L(k+1)＝…＝Ln＝00，X＝Y＝0，L2至Lk中的任一个记为La，La值根据第k层节点在a层的父节点的位置确定，当在a层的父节点为a层的左节点，La＝10，当在a层的父节点为a层的右节点，La＝11；