[发明专利]一种片上网络中基于虚拟输出队列机制的自适应路由器

摘要

本发明公开一种片上网络中基于虚拟输出队列机制的自适应路由器是：包含五个输入端口、端口选择模块、值裁决模块、存储模块、前向路由计算模块、头微片修改模块、交叉开关仲裁模块、交叉开关和五个输出端口；输入端口按照数据包的输出方向划分输入缓冲区空间，从而形成虚拟输出队列；数据包头微片的空闲位用于顺带传播网络的拥塞信息；任一虚通道平分为两个存储空间，分别设有一套读写指针；在路由计算层级，自适应地选择输出端口；在单个虚通道内，自适应地读取数据包。本发明通过两个层级的自适应均衡全网的流量分布，缓解拥塞，进而降低头阻塞出现的可能性，并在头阻塞出现时消除其影响，降低了网络的延迟，提高了网络的吞吐量。

主权项

1.一种片上网络中基于虚拟输出队列机制的自适应路由器，所述片上网络是由若干个路由节点、若干个资源节点和若干条路由通道组成的二维网格结构；以所述片上网络任一顶点上的路由节点为原点O，与所述顶点上的路由节点相连通的两条路由通道分别为X轴和Y轴，建立坐标系OXY；并以X轴的正方向为E方向，以X轴的负方向为W方向，以Y轴的正方向为N方向，以Y轴的负方向为S方向；以与资源节点相连的方向为L方向；并将N方向和E方向之间的区域定义为第一象限；将N方向和W方向之间的区域定义为第二象限；将W方向和S方向之间的区域定义为第三象限；将S方向和E方向之间的区域定义为第四象限；当任意两个路由节点进行通信时，定义发送数据包的资源节点为请求节点，接收所述数据包的资源节点为目的节点；且目的节点在所述坐标系OXY中的坐标位置为目的地址；并根据数据包沿着所经过的路由节点的顺序，定义所经过的任意一个路由节点均是以上一个路由节点为上游节点，以下一个路由节点为下游节点的当前路由节点；将所述当前路由节点记为第i个路由节点；则上游节点为第i‑1个路由节点；下游节点为第i+1个路由节点；所述路由节点使用虫孔交换和虚通道方法，输入缓冲区采用先进先出的方式，每个虚通道为一个先进先出队列；各个路由节点之间使用credit信号进行流量控制；所述credit信号包含第i+1个路由节点的输入缓冲区具体占用情况；所述占用情况包括空闲的虚通道数目、每个虚通道中的空闲槽数目；所述数据包是由头微片H、体微片B和尾微片T组成，并以微片为单位进行传输；所述头微片H中存储有目的地址和路由信息，其特征是，令头微片H中还存储有注释信息AI块；所述注释信息AI块包含当前路由节点端口选择信息、当前交叉开关请求状态信息、下游路由节点输入缓冲区整体占用状态信息；令所述任一路由节点为自适应路由器，所述自适应路由器包括：五个输入端口、端口选择模块、值裁决模块、存储模块、前向路由计算模块、头微片修改模块、交叉开关仲裁模块、交叉开关和五个输出端口；所述任一输入端口按照E方向、W方向、N方向、S方向和L方向划分输入缓冲区空间，从而形成虚拟输出队列；所述存储模块中包含：当前交叉开关请求表、邻居路由器端口选择表、邻居交叉开关请求状态表、下两跳路由器输入缓冲区整体占用状态表；所述交叉开关仲裁模块包括第一交叉开关仲裁单元和第二交叉开关仲裁单元；第i个自适应路由器的端口选择模块获取当前交叉开关请求表中所存储的对五个输出端口各自的请求数目以及下游反馈的credit信号中第i+1个自适应路由器空闲虚通道数目并进行端口拥塞比较，获得第i个自适应路由器基于象限的端口选择信息后发送给自身的头微片修改模块；第i个自适应路由器的值裁决模块获取当前交叉开关请求表中所存储的对五个输出端口各自的请求数目以及下游反馈的credit信号中第i+1个自适应路由器输入缓冲区具体占用情况进行状态裁决，分别获得当前交叉开关请求状态及第i+1个自适应路由器输入缓冲区整体占用状态，并发送给自身的头微片修改模块；获得第i+1个自适应路由器每个虚通道占用状态并发送给第一交叉开关仲裁单元；第一阶段流水：当第i个自适应路由器接收到第i‑1个自适应路由器发送的微片后，第i个自适应路由器的前向路由计算模块判断所述微片是否为头微片H，若为头微片H，则根据头微片H所携带的第i个自适应路由器的输出端口，将所述头微片H存入到第i个自适应路由器中相对应的虚通道中；若不为头微片H，则将所述微片存入自身头微片所在的虚通道中，从而完成第一阶段流水并进入第二阶段流水；第二阶段流水：所述微片所在的虚通道向第二交叉开关仲裁单元提出配置请求，第二交叉开关仲裁单元对当前交叉开关进行配置，若配置成功，则微片所在的虚通道得到交叉开关授权；若配置失败，则微片所在的虚通道继续等待配置；当所述微片为头微片H时，所述第i个自适应路由器的前向路由计算模块根据头微片H所携带的目的地址获得所述目的节点位于第i+1个自适应路由器的象限；并根据所述象限查询邻居路由器端口选择表，获得头微片H在第i+1个自适应路由器的输出端口即路由信息并存入所述头微片H中，从而更新头微片H；第i个自适应路由器的头微片修改模块卸载头微片H中的注释信息AI块并分别将邻居路由器端口选择信息存入自身的邻居路由器端口选择表中、将邻居交叉开关请求状态存入自身的邻居交叉开关请求状态表、将下两跳路由器输入缓冲区整体占用状态存入自身的下两跳路由器输入缓冲区整体占用状态表中；第i个自适应路由器的头微片修改模块再将所接收到的当前自适应路由器基于象限的端口选择信息、当前交叉开关请求状态、第i+1个自适应路由器输入缓冲区整体占用状态装载到头微片H的注释信息AI块中；第i个自适应路由器的第一交叉开关仲裁单元根据所接收到的第i+1个自适应路由器每个虚通道占用状态、邻居交叉开关请求状态、下两跳路由器输入缓冲区整体占用状态，衡量头微片所在的虚通道中所有头微片的下游路由通道的拥塞程度；当头微片所在的虚通道得到交叉开关授权时，所述头微片通过交叉开关进行传输；仅当所述头微片的下游路由通道拥塞，且排在所述头微片之后的数据包下游路由通道不拥塞时，同时，头微片所在的虚通道得到交叉开关授权时，排在所述头微片之后的头微片通过交叉开关进行传输；当所述微片不为头微片H时，所述微片继承自身头微片的路由信息，等待第i个自适应路由器的第二交叉开关仲裁单元的配置；直到所述微片所在的虚通道得到交叉开关授权时，所述微片通过交叉开关进行传输；第i个自适应路由器的交叉开关将微片传输到路由通道上并到达第i+1个自适应路由器上，从而完成第二阶段流水，实现第i个自适应路由器对第i‑1个自适应路由器发送的微片的存储和转发。