[发明专利]一种用于片上网络芯片的基于共享存储的生成树路由硬件架构及方法

说明书

本发明属于集成电路芯片的片上网络路由领域，公开了一种用于片上网络芯片的基于共享存储的生成树路由硬件架构及方法，包括输入通道，控制逻辑和交叉开关，控制逻辑控制单次路由过程，交叉开关控制输入通道和输出通道的交叉互连；输入通道中包括路由计算模块、路由表和输入缓冲区；输入缓冲区用来存储输入的数据包，路由计算模块根据每个输入数据包的目的节点标号，通过生成树路由计算进行路径计算，并输出对应的输出通道方向至交叉开关，控制输入通道和输出通道的交叉互连。本发明的生成树容错路由方法主要通过在Mesh型网络中构建广度优先搜索的生成树，并沿着生成树传输数据包。该架构能够大规模的缩减全局拓扑中的路由表硬件资源。

技术领域

本发明属于集成电路芯片的片上网络路由领域，尤其涉及一种用于片上网络芯片的基于共享存储的生成树路由硬件架构及方法。

背景技术

近年来，随着集成电路工艺尺寸的不断发展，单片芯片上集成的晶体管数量逐渐增加，晶体管技术的不断缩小允许将越来越多的电子系统集成在单个芯片中。目前，人工智能、大数据、云计算、物联网等技术不断催生出更多更复杂的新兴应用，其中集成电路芯片是构建各类业务场景的算力支撑，同时随着多核计算芯片和众核并行系统的出现，对计算性能的需求显著提高。片上网络 (Network-on-Chip，NoC) 在单片芯片的组件之间提供了一个通信系统，这种以网络为核心的通信系统是一种比传统的基于总线通信更具可扩展性的通信方式。然而，较低的工艺节点技术将会导致芯片中的硬件故障越来越容易出现，因此基于片上网络的容错路由方法被应用于单片芯片中，容错路由能够通过容错机制规避片上网络中的故障。

容错路由方法可以分为空间冗余容错、信息冗余容错和时间冗余容错等类型。其中，空间冗余容错通过寻找替代路径进行容错。许多NoC拓扑中能够直接提供路径冗余功能，这类路径的冗余可直接用于提供空间冗余而无需通过复制硬件模块实现冗余。例如，对于Mesh型拓扑，对两个节点形成的子矩形，如果标准路径发生故障，可以利用矩形中的不同路径来动态切换到替代路径。因此，这类冗余机制没有缩减了复制数据包的开销，但是，其会产生额外的硬件开销，因为与普通NoC实现相比，故障诊断和路由重新配置以启用替代路径需要一些额外的逻辑。

其中，空间冗余容错中可以通过拓扑探索以构建生成树来探索由于故障而导致的不规则形状拓扑。在检测到故障的时候，整个NoC开始进行广度优先搜索，并选取中心节点或附近的健康节点成为生成树的根。通过广度优先搜索遍历，构建了一个无死锁的生成树虚拟网络。在此过程中，每个节点沿生成树路由传输数据包。然而，现有的生成树路由方法的硬件实现需要极大的存储空间存储该方法所必需的路由表，因此，对于最终的NoC硬件实现，会导致其路由器的硬件面积过大。

因此，现有的生成树路由方法，主要针对于理论实现，没有基于片上网络路由器的硬件实现，因此其缺乏硬件资源评估。同时，现有的生成树路由方法停留在方法层面，对于片上网路的硬件配置过程没有进行设计。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于片上网络芯片的基于共享存储的生成树路由硬件架构及方法,以解决上述的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的一种用于片上网络芯片的基于共享存储的生成树路由硬件架构及方法的具体技术方案如下：

一种用于片上网络芯片的基于共享存储的生成树路由硬件架构，包括输入通道，控制逻辑和交叉开关，所述控制逻辑控制单次路由过程，所述交叉开关控制输入通道和输出通道的交叉互连；所述输入通道中包含三个子模块，分别为路由计算模块、路由表和输入缓冲区；所述输入缓冲区用来存储输入的数据包，所述路由计算模块根据每个输入数据包的目的节点标号，通过生成树路由计算进行路径计算，并输出对应的输出通道方向至交叉开关，控制输入通道和输出通道的交叉互连。

进一步的，所述路由表使用一块相同空间的SRAM来代替原先的寄存器。

进一步的，局部节点共享路由表，在Mesh型拓扑中，邻近的4个节点共享同一个路由表，临近的4个节点可以查询同一个路由表获得全局生成树ID。