NoC系統(tǒng)研究綜述.pdf

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1、2008年1月西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào)Jan12008第13卷第1期JOURNALOFXI’ANUNIVERSITYOFPOSTANDTELECOMMUNICATIONSVol113No11NoC系統(tǒng)研究綜述12譚耀東,劉有耀(1.西安郵電學(xué)院計(jì)算機(jī)系,陜西西安710121;2.西安電子科技大學(xué)微電子學(xué)院,陜西西安710071)摘要:片上網(wǎng)絡(luò)(NoC)是實(shí)現(xiàn)片上系統(tǒng)(SoC)互連的一種新的范例,關(guān)鍵是為了解決SoC內(nèi)部組件之間的通信調(diào)度等問題而提出來的,受到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛重視。NoC研究涉及從系統(tǒng)建模到具體實(shí)現(xiàn)流程的一系列問題

2、,本文主要討論NoC研究中的關(guān)鍵問題、解決方案、當(dāng)前的研究成果以及展望。關(guān)鍵詞:片上網(wǎng)絡(luò);片上系統(tǒng);拓?fù)?路由;交換技術(shù)中圖分類號(hào):TN47文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1007-3264(2008)01-0005-05研究剛剛起步,主要有合肥工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)等。NoC研究涉及到從物理設(shè)計(jì)到體系結(jié)構(gòu)、操作系引言統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)、設(shè)計(jì)方法和工具等諸多方面。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)角度看,NoC研究的重點(diǎn)在于NoC的拓?fù)浣Y(jié)片上系統(tǒng)(SoC,System-On-Chip)是20世紀(jì)構(gòu)、NoC協(xié)議、NoC服務(wù)質(zhì)量、NoC的定時(shí)和低功耗[5-9]90年代后期

3、提出來的。隨著半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步和等問題。本文將對(duì)目前NoC研究中涉及到的SoC技術(shù)的不斷完善,現(xiàn)在的SoC中可包含一個(gè)或一些關(guān)鍵問題和研究成果做一簡(jiǎn)單總結(jié)介紹和評(píng)多個(gè)處理器、存儲(chǔ)器、模擬電路、數(shù)模混合電路以及價(jià)。片上可編程邏輯等知識(shí)產(chǎn)權(quán)核(IPCore,Intellectual[1]PropertyCore)。但是,隨著SoC中所包含的IP1NoC關(guān)鍵問題核數(shù)目增至成千上萬的時(shí)候,現(xiàn)有的以總線結(jié)構(gòu)為通信基礎(chǔ)的SoC技術(shù)面臨著在性能、功耗、延時(shí)和1.1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋯栴}[2]可靠性等方面的巨大挑戰(zhàn)。在2001年左右,一些選擇合適的No

4、C拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是NoC設(shè)計(jì)中非常研究機(jī)構(gòu)借鑒和吸收了通信網(wǎng)絡(luò)中的一些思想,提關(guān)鍵的問題之一。目前,大部分的NoC研究和設(shè)計(jì)出了以通信為核心的復(fù)雜SoC的IP核的集成方法,借鑒了并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),包即片上網(wǎng)絡(luò)(NoC,Network-on-Chip,),以解決含規(guī)則和不規(guī)則兩種結(jié)構(gòu)。常見規(guī)則結(jié)構(gòu)如2D-復(fù)雜SoC面臨的各種問題。NoC概念采用基于包mesh結(jié)構(gòu)、3D-mesh結(jié)構(gòu)、Torus結(jié)構(gòu)、扁平樹結(jié)交換的方法和分層方法來替代原先的傳統(tǒng)總線,實(shí)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)等。多家研究機(jī)構(gòu)采用了2D-mesh現(xiàn)了處理單元(IP核

5、)與通信結(jié)構(gòu)(網(wǎng)絡(luò))的分或者其變形的Torus結(jié)構(gòu)為網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。不規(guī)[3,4][2,7,9,10]離。從2001年開始至今,世界上有近90家研則的結(jié)構(gòu)是由規(guī)則結(jié)構(gòu)組合而成的。NoC究機(jī)構(gòu)對(duì)NoC各個(gè)層次問題進(jìn)行了研究,國外比較拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)網(wǎng)絡(luò)延遲、吞吐量、面積、容錯(cuò)、功耗有很著名的有KTH、Bologna大學(xué)、Stanford大學(xué)、Philips大影響外,對(duì)設(shè)計(jì)策略和內(nèi)核到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的映射起公司、STMicroelectronics公司、Arteris公司等,國內(nèi)著重要的作用。收稿日期:2007-03-13基金項(xiàng)目:國家自然科

6、學(xué)基金(90607008)。作者簡(jiǎn)介:譚耀東(1979-),男,湖南衡東人,西安郵電學(xué)院計(jì)算機(jī)系碩士研究生;劉有耀(1975-),男,陜西西安人,西安電子科技大學(xué)微電子學(xué)院博士研究生?！?·西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào)2008年1月1.2路由問題絡(luò)包的方式進(jìn)行流量控制限制了網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)傳輸包區(qū)別于總線結(jié)構(gòu)的NoC的一個(gè)重要特征就是的數(shù)量,虛通道流量控制增加了硬件開銷。采用包交換的路由。路由是確定一個(gè)信息從源節(jié)點(diǎn)1.6資源網(wǎng)絡(luò)接口問題到目的節(jié)點(diǎn)的機(jī)制。路由算法應(yīng)該有效地解決死資源網(wǎng)絡(luò)接口(RNI)是IP核與網(wǎng)絡(luò)間的接口,鎖、活鎖以及饑餓問題。

7、通過RNI接口IP核可以用最小的代價(jià)使用網(wǎng)絡(luò),(1)死鎖:當(dāng)兩個(gè)包彼此等待路由轉(zhuǎn)發(fā)時(shí),由于同時(shí)IP核和網(wǎng)絡(luò)資源都可以重用。RNI在功能上保留了部分資源并等待對(duì)方釋放資源,因此產(chǎn)生死可以分為兩個(gè)部分,一部分是連接網(wǎng)絡(luò)的部分,與資鎖。通過流量控制可以避免死鎖。源(IP核)無關(guān),另外一部分連接到IP核。前一部(2)活鎖:當(dāng)一個(gè)包在它的目的地環(huán)繞但無法到分因?yàn)楹虸P核無關(guān),因此對(duì)于任何IP核都可以重達(dá)目的節(jié)點(diǎn)時(shí)就發(fā)生了活鎖。該問題存在于非最短用。和IP核相關(guān)的部分連接具體的IP核的信號(hào)例路由算法中。確定性XY路由和自適應(yīng)DyAD路由如

8、控制信號(hào),地址信號(hào),主要是信號(hào)的打包和解包,在NoC的設(shè)計(jì)中既不會(huì)產(chǎn)生死鎖,也不會(huì)產(chǎn)生活數(shù)據(jù)的編碼檢測(cè)等信息,這部分還要考慮定時(shí),同步[11-12][6]鎖。等問題。(3)饑餓:使用不同優(yōu)先級(jí)可能出現(xiàn)高優(yōu)先級(jí)的1.7性能評(píng)估問題包始終占有資源,而一些低優(yōu)先級(jí)的包永遠(yuǎn)不能到為了