[发明专利]一种面向片上网络的阻塞疏导型的不定数据包长路由器的设计方法

说明书

本发明公开了一种面向片上网络的阻塞疏导型的不定数据包长路由器的设计方法，所述设计方法包括以下内容：设计路由器微架构；在微架构的基础上设计路由器的工作时序；对路由器进行冲突仲裁设计保证数据包高效稳定的传输；对传递不定包长的数据进行不定包长控制设计。充分考虑到传输数据的不定长性，以及网络阻塞时某些路由器处于阻塞状态而其他路由器处于空闲状态的情况，从微架构设计、工作时序设计、冲突仲裁设计和不定包长控制器设计四个方面对路由器微架构进行优化，有效提高了传输网络中路由器的通信性能和缓解了传输过程中阻塞的发生，并且能够不丢包地传输数据包。

技术领域

本发明涉及一种路由器的设计方法，尤其涉及一种适用于不定长数据包的传输和疏导的路由器的设计方法。

背景技术

路由器（Router），是连接Internet中各局域网的设备，会根据网络需求来选择最佳顺序和路径发送信号，它的功能非常强大，起着Internet中数据传输和网络连接桥梁的作用，是宏观计算机网络中不可或缺的一个关键部分。基于路由器在IP网中的重要地位，它愈发受到了广大学者们的重视，其内部架构的设计和优化也被广泛的研究。

片上网络（Network on Chip, NoC）是片上系统（System on Chip，SoC）的一种通信方法。NoC是通过在微处理器等芯片上集成计算资源以及其链接通信网络来完成通信任务。片上网络的通信子系统由接口，链路以及路由器构成。接口进行数据格式的转换，链路实现在路由器之间以数据包的形式传输数据，路由器则用于数据包分配。NoC使用路由和分组交换代替传统的总线方法，从而实现各模块之间的高速通信。

路由器（Router）是一种用于连接多个逻辑上分开的网络的网络互联设备。路由器的功能主要是连接作用和信息传输。路由器能对网络中的数据包进行“翻译”使其能够被不同的网络接收，从而达到网络之间的连接作用。当数据在不同网络之间传输时，路由器会根据各个信道的情况选择和设定路由，实现以最佳路径传输信号。路由器是互联网络的枢纽，引导数据包信号在网络之间传输。

在经典的片上网络系统中，路由通过其传输通道传送数据的过程大概分为四个阶段，即Routing Calculation (RC) ，Switch Allocation (SA) ，Switch Transfer (ST)和Link Transfer (LT)。Routing Calculation（RC）即路由计算。每个路由器内部都有具MAC表，记录着该路由器所掌握的全部目的地的地址。因此，RC即代表着路由器可以选择出一个对于系统来讲最佳的传输路径，提高速度，减少开销。Switch Allocation (SA)即交换机分配。此处的交换机分配类似于仲裁。在多个数据同时传入Router时，它可根据决定传入的数据哪个优先通过。Switch Transfer (ST)即开关转换。决定了优先权之后，十字开关就将数据从输入端传送到了相应的输出端寄存器内。Link Transfer (LT)即链路传输。接着数据就从一个Router中传输到链路中，逐步送往目的地。交换机在端口上接受计算机发送过来的数据帧，根据帧头的目的MAC地址查找MAC地址表，然后将该数据帧从对应端口上转发出去，在链路中进行传输，将数据传输到目的网络，从而实现了数据的交换。

当下的NoC被应用在数据采集背景中时，双入口单出口的路由器是应用最广泛的。这种路由器由六个部分组成，它们分别是：常规通道FIFO，紧急通道FIFO，路由器输出控制器，路由器输入控制器，以及一个输出端口和两个输入端口。对于绝大多数的数据采集工作，上面所介绍的双入口路由器都能较好的完成数据采集任务。但是包含这种路由的片上网络也还是有较为明显的缺点。经测量观察和分析之后可以发现，该路由在数据传输时会出现汇聚效应，使得较为上层的路由器会承担较大的数据量，从而导致整个网络的易阻塞性增加。在数据量比较大的情况下，可能会导致整个网络陷入瘫痪。与此同时，整个网络的数据吞吐量也会受限于最上层路由器的数据传输速率。这种路由器还有一个不足之处，就是其只能适用于固定两包长的数据包传输。基于以上情况，我们在双入口路由器的基础上，设计出了一种新型路由器，来解决上述问题，优化网络性能，并且使其能传输不定包长的数据包。