[发明专利]一种基于改进模拟退火算法的片上网络映射方法

说明书

本发明公开一种基于改进模拟退火算法的片上网络映射方法，首先通过KL二分算法进行IP核到片上网络节点的映射，并将其作为模拟退火算法的初始化映射，这样就增大了模拟退火算法得到更接近最优解的解决方案的概率，然后在进行模拟退火算法，并且在模拟退火算法的迭代过程中增加记忆功能，将当前最好的状态记忆下来，以避免遗失当前最优解，从而求出全局近似最优解。通过所述映射方法，使系统的功耗得到优化。

技术领域

本发明属于片上网络映射技术领域，尤其涉及一种基于改进模拟退火算法的片上网络映射方法。

背景技术

片上网络(NoC,Network on Chip)作为一种新的通信架构，主要用来解决基于共享总线的多核片上系统的并行通信问题。NoC更加适合于片上系统通信，主要包括以下三方面原因：首先NoC可扩展性好，容易添加新的节点，并且提供的带宽可以和网络中节点数量保持线性关系；其次NoC可以有效的复用物理链路；第三是基于模块化NoC设计可以降低后期系统验证的复杂度。因此，片上网络已经成为解决多核片上系统通信问题最具潜力的方案之一。

对于片上网络来说，由于受芯片面积及散热能力的限制，功耗是需要考虑的非常关键的因素之一，执行有效的片上网络映射算法可以显著降低NoC的总体功耗。由于片上节点间的通信距离会很大程度的影响功耗和性能，因此，除了采用低功耗的拓扑结构和路由算法之外，更加需要设计有效的片上网络映射算法，以减少节点间平均距离，从而显著降低NoC的总体功耗。

具体而言，映射过程是指在已知片上网络结构和核通信图基础之上，按某种方式将IP核分配到NoC的资源节点上，以实现特定应用与片上网络结构相互对应。衡量映射方法的优劣是通过建立映射模型，比较目标函数而得出的。以片上网络Mesh结构为例，片上网络映射过程如图1所示。

NoC映射问题的数学描述，首先给出两个定义。

定义一：给定核通信图为一个有向图，如图2所示，记为G(T，C)，其中每个顶点Ti∈T表示一个IP核；每条有向边Ci，j∈C表示从IP核Ti到Tj的通信关系，边权重Vi，j表示从IP核Ti到Tj的通信量。

定义二：给定NoC拓扑结构图为一个有向图，如图3所示，记为T(N，P)，其中每个顶点Ni∈N表示片上网络中的一个网络节点，Pi，j∈P表示从网络节点Ni到Nj所经过的路由路径，Ei，j表示从网络节点Ni到Nj发送1bit数据所消耗的平均能量。基于以上定义，映射优化问题转化为寻找一个映射函数：f＝map(T—N)，使得系统的性能最优。其中T为IP核集，N为网络节点集。

发明内容

本发明的目的是：针对现有NoC映射方法的不足，提出一种基于改进模拟退火算法的片上网络映射方法，以降低NoC系统的整体功耗。

本发明的技术方案为：一种基于改进模拟退火算法的片上网络映射方法，首先通过KL二分算法进行IP核到片上网络节点的映射，并将其作为模拟退火算法的初始化映射，这样就增大了模拟退火算法得到更接近最优解的解决方案的概率，然后在进行模拟退火算法，并且在模拟退火算法的迭代过程中增加记忆功能，将当前最好的状态记忆下来，以避免遗失当前最优解，从而求出全局近似最优解。

具体构建方法如下：

步骤1，建立功耗优化模型，根据公式①得到单位数据从路由节点i传输到路由节点j所产生的功耗

其中，n_i,j表示单位数据在传输过程中所经过的路由节点的个数，E_Rbit表示路由节点内部所产生的功耗，E_Lbit表示单位数据通过网络中通信互联链路所产生的功耗。进而可以根据公式②得出从路由节点i到j之间通信所产生的功耗E_i,j。