[发明专利]基于前缀的片上网络容错源路由算法

说明书

随着电路集成规模的提高，片上网络系统在芯片面积增加和特征尺寸减小的趋势下，其芯片上可能出现的故障覆盖概率也不可忽视。在片上网络提供的服务质量中，可靠性是重要的一个方面。在深亚微米和纳米工艺条件下，片上网络的容错通信机制已经是不可或缺的一个重要方面。为克服片上网络链路永久性错误带来的路由问题，发明一种基于前缀的片上网络容错源路由算法PFTSR。该算法适用于二维mesh片上网络，采用预测路径并根据反馈信息调整路径的方法进行路由探测。与传统片上网络容错源路由算法，该发明极大降低了片上系统的功耗，并且在大多数情况下能减少探测到第一条路径的时间。

所属技术领域

本发明涉及片上网络可靠性设计，尤其涉及片上网络中永久性故障链路的容错设计。

背景技术

随着处理器核数越来越多，SoC各单元之间的数据通信量迅速增长，基于总线共享的SoC已经无法满足芯片间的通信需求。此时，就得采用片上网络了。而片上网络是采用并行分布式计算机和传统计算机网络的概念，在不同的处理器核之间引入交换节点，也就是路由器，而不再是总线结构。这样做的好处是避免了共享总线的通信冲突问题，提高了芯片通信效率以及通信量。但是，随着节点规模的增大和集成度的增高，节点故障的概率也相应增大。此外，随着CMOS 技术发展到深亚微米，甚至是纳米阶段，芯片对辐射和温度的变化越来越敏感，错误也变得越来越难以预测和避免。在当前工艺背景下，人们很难从设计和制造角度消除这些错误，所以对片上网络（Network-on-Chip, NoC）容错路由算法和各种重传机制的研究显得必不可少。NoC上的错误分为瞬时错误和永久性错误两种瞬时错误是指信号传输中串扰造成的比特翻转，它具有不可预见性和不可重复性，故NoC上一般采用重传机制来克服瞬时错误。永久性错误是指NoC上各种硬件的永久性损坏，包括链路损坏、路由器损坏等，是一种不可恢复的错误。由于路由器损坏可以视为一种特殊的链路损坏，各种NoC容错路由算法的主要研究内容是如何克服链路损坏问题。

目前，NoC上容错路由算法可以分为非源路由容错算法和源路由容错算法两种，在非源路由容错算法中，分组路由取决于目标节点的位置。非源路由容错算法可以分为基于本地链路情况的算法和基于路由表的算法。基于本地链路情况的容错路由算法的缺点算法性能受断路数量和分布的影响较大。在基于路由表的容错路由算法中，各个节点都需要创建和维护一个路由表，表中记录本节点通过各个方向到其它节点的估计距离。每个到达节点的分组由路由表信息来决定转发方向。这类算法的缺点在于创建和维护路由表需要大量时间和空间。

与非源路由算法相比，源路由算法允许源节点根据需要探测更多到目标节点的路径，便于发现和解决问题。在源路由容错算法中，分组路由信息由源节点确定，如何为分组确定一条传输路径是最主要的工作。将普通网络的源路由算法应用于NoC上，提出片上网络的容错源路由SRN算法，在该算法的路由发现阶段中，源节点采用广播路由请求分组的方法收集各个中间节点的地址信息。为了减少冗余分组的数量，中间节点只在第一次接收该路由请求分组并且未发现自己的地址时，对分组进行广播。当目标节点收到路由请求分组，它会将已记录完整路由信息的分组发给源节点。这种算法的主要缺点是路由发现方法具有盲目性， 采用播路由分组会造成大量的冗余数据包。对于一个二维mesh片上网络，源节点和目标节点之间的路径是可预测的。我们可以通过预测并根据反馈调整的方式来探测路径，从而减少路由请求分组的数量。

发明内容

本发明的目的是为满足片上网络高可靠性的需求，设计了一种基于前缀的片上网络容错源路由算法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于前缀的片上网络容错源路由算法，算法采用随机生成曼哈顿距离路径的方式进行路由探测，并且根据反馈信息提取前缀以获得断路位置信息，在必要时绕开断路启动偏离路径探测了算法在路由发现阶段的功耗， 并且在大多数情况下能明显降低发现第一条路径的时延。它同时具有压缩路由信息和允许源节点根据需要探测更多路径的优点。