基于NoC的容错路由算法

各种各样的软件和硬件上的错误都会破坏网络的数据传输,因此研究No C网络的容错算法是非常必要的。在基于XY路由算法的基础上提出了改进的容错路由算法,当链路或者传输节点之间发生错误时,可通过重新设置路由规则来获取一条有效的路由路径。在FPGA上进行路由容错算法的仿真,并和目前常用的几种路由算法在所适用拓扑、是否防止死锁等方面进行对比。仿真结果显示改进的路由容错算法性能优越,是可行的。     

针对路径故障与局部拥塞的NoC容错路由算法

片上网络作为一种新型片上互连架构,克服了片上系统在发展中遭遇的瓶颈问题。然而,片上网络中的路由器故障以及路由器之间的链路故障都会造成网络性能损失。对此,文章提出一种针对路径故障与局部拥塞的NoC容错路由算法。首先,设计了一种相隔节点间路径故障模型,该模型下的路由器以较小的开销为代价,动态感知两跳以内的路径故障状态。其次,提出了一种新颖的更能准确反映局部网络拥塞状态的拥塞模型来均衡网络流量。最后,当网络无故障时,算法保证走最优路径;有故障时,算法不仅可以实现容错还能保证网络具有良好的性能。实验表明,在无故障的情况下,本文方案相较于对比对象延迟降低了10％～20％,吞吐率提高了25％左右。在有故障的情况下,本文方案较对比对象的优势更加明显。     

SpaceWire路由器动态加权轮询仲裁器的设计与实现

研究了SpaceWire路由器中使用的仲裁机制,提出了一种动态加权轮询仲裁算法,并且依据这一算法设计了仲裁器模块.动态加权轮询仲裁算法是基于优先级算法和轮询算法混合的仲裁策略,它的特点是避免了优先级算法中,高优先级的端口在提出数据转发请求后独占输出端口的情况,同时也解决了轮询算法中各个端口获取服务的权重过于平均的问题,路由器可以根据与之连接的不同有效载荷的性能要求,分配基础权重,具有较高实时性要求的有效载荷能及时转发数据,降低延迟时间.最后介绍了仲裁器模块的设计与实现.     

基于网络监控器的专用片上网络动态容错路由

针对专用片上网络（Network on Chip,NoC）全局通信事务管理和可靠性设计问题,提出片上网络监控器的概念,用于获取全局网络实时状态信息及执行路径分配算法,基于此提出一种动态路由机制DyRS-NM.该机制能检测和定位NoC中的拥塞和故障链路,并能区分瞬时和永久性链路故障,采用重传方式避免瞬时故障,通过重新路由计算绕开拥塞和永久性故障.设计实现了RTL级网络监控器和与之通信的容错路由器模块,并将MPEG4解码器应用映射至基于网络监控器的4×4Mesh结构NoC体系结构中,验证了系统性能以及面积功耗开销.相比静态XY路由和容错动态路由FADR,DyRS-NM机制在可接受的开销代价下获得了更优的性能.     

一种面向应用的NoC容错路由算法

随着芯片集成度的不断提高,芯片制造工艺进入深亚微米级以后,片上将会出现更多难以预测与消除的故障类型。为了实现可靠的片上通信,应用容错机制与算法是一个重要的解决方案。本文提出一种面向应用的NoC容错路由算法,该算法在重负载时使用带有部分故障的链路并使流量在网络中均匀分布。同时给出了实现该算法需要的扩展后的路由器结构。仿真结果表明,所提出的路由算法与现有的路由算法相比,具有更好的时延性能。     

基于内建自测技术的Mesh结构NoC无虚通道容错路由算法

 在Zhang's算法绕行思想的基础上,提出了一种2D-Mesh结构片上网络无虚通道容错路由算法,用于解决多故障节点情况下片上网络的无虚通道容错路由问题.算法利用内建自测试机制获取故障区域的位置信息,通过优化绕行策略来均衡故障区域周围链路的负载并减少部分数据的绕行距离.针对8×8的2D-Mesh网络的仿真表明,与Chen's算法相比,在故障区域大小为2×2,网络时延为70 cycles的情况下,随着故障区域位置的变化所提算法可提高1.2%到4.8%的网络注入率.且随着故障区域面积的扩大,所提算法在减少通信时延,提高网络吞吐量方面的作用更为明显.     

三维片上网络故障及拥塞感知的容错路由器设计

 三维片上网络中路由器的输入端口和交叉开关出现故障,将严重影响整个网络的性能,因此文章提出了一种故障及拥塞感知的容错路由器.通过增加一个冗余的输入端口和旁路总线,不仅能实现对输入端口和交叉开关容错的目的,而且还能在没有端口故障的情况下使用冗余端口有效地解决拥塞问题.实验表明此容错机制能够使得网络在故障路由器多、拥塞严重的情况下,仍然保持良好的性能.     

WiNoC中交叉开关仲裁及路由算法设计

WiNoC(Wireless Network-on-Chip)中的无线路由器面临着比传统片上路由器更加严峻的拥塞问题,平衡有线/无线链路负载是当前无线片上网络的研究热点之一.为此本文提出并设计了一种基于优先级的交叉开关仲裁方案PbSA(Priority based Switch allocator),其将优先级更高的无...     

接口标记容错路由算法

随着片上系统(SoC)集成度的不断提高,IP核之间的通信故障成为亟待解决的问题,片上网络(NoC)是解决SoC通信问题的有效途径。容错路由算法是NoC设计中的关键技术,对NoC的通信效率有重要影响。在Valiant随机路由算法和源路由算法的基础上,提出了一种接口标记容错路由算法。该算法吸取了Valiant随机路由算法能平衡网络负载、降低拥塞概率的优良性能与源路由算法中路径不需要计算与查找的特点,减小了传输时延,提高了路由器的利用率。     

基于电路交换的NoC路由器设计与实现

片上网络（Network-on-Chip, NoC）以网络互连结构代替传统总线结构,很好地解决了片上高性能计算资源之间的通信瓶颈问题。路由器是实现NoC的重要基础部件,本文在分析国内外相关技术的基础上,面向无线通信等要求有保障服务的应用,设计并实现了一个基于电路交换的路由器。该路由器适合Mesh结构,提供5个输入输出端口,支持容量达48Gbit／s的交换,可以提供100％的无阻塞交换能力,并可配置为多播和广播方式。采用Verilog语言完成了所有设计工作,不仅进行了充分的仿真和验证,还使用Altera的FPGA实现了该设计,能够满足片内通信的需要。     

片上网络容错路由算法研究

随着集成电路制造工艺的不断发展,集成在芯片上晶体管的数量也随之增多,已超过几十亿晶体管的规模,因此芯片上可以集成越来越多的IP核。随着芯片中IP核数量的增多,基于总线结构的片上系统(System-on-Chip,So C)已不能满足数据的通信要求,为了解决这个问题,片上网络(Network-on-Chip,No C)作为一种全新的互联结构被提出来。其核心是把网络设计的思想移植到芯片设计中,将片上资源互连起来,并将计算与通信分离。片上网络具有很好的空间可扩展性,采用的全局异步一局部同步的通信机制使并行通信效率更高。NOC带来了一种全新的片上通信方式,它的引入有利于提升可重用设计、解决通信瓶颈和全局同步等难题。本文在研究片上网络结构的基础上,针对片上网络多播通信的特点提出了一种多播容错路由算法。     

基于流水式电路交换的混合容错路由算法

随着芯片集成度的提高和IP核的增多,片上网络（NOC）已成为片上系统[1]（soc）芯片设计的重点。当节点和链路由于网络规模的增大从而导致故障率大大增加,这样,运用容错技术提高系统的可靠性就成为NOC的设计重点.本文在对PCS的研究基础上,基于2D-mesh拓扑结构,提出了一种基于流水式电路交换机制（PCS）改进型的容错路由算法,并在OPNET仿真平台对其进行了仿真和性能分析。     

脉冲神经网络硬件互连系统的动态优先级仲裁策略

本文基于EMBRACE脉冲神经网络硬件实现方案提出了一种片上网络路由器的动态优先级仲裁策略,来解决脉冲神经网络脉冲传输的交通负载非均衡问题.该方案使用二维网格片上网络系统实现神经元之间的互连通讯,其基于脉冲发送频率的动态优先级仲裁策略能够降低高频路径的平均延迟及系统丢包风险,提高系统工作稳定性.使用Noxim片上网络模拟器搭建实验平台,测试结果表明采用提出的动态优先级仲裁策略较轮询及固定优先级仲裁器,高频路径延迟平均降低32.33%和34.69%,降低幅度最大达到84.86%和86.20%.在90nm CMOS工艺下,提出的路由器架构硬件面积为213,471μm²,具有较好的扩展性.     

一种故障通道隔离的低开销容错路由器设计

片上网络中路由器发生故障势必会影响整个网络的性能,过大的容错开销也会给网络带来很大的负担.对此,本文提出了一种故障通道隔离的低开销容错路由器架构,该路由器通过减少不必要的交叉开关及合理优化各个端口VC的数目来减小路由器整体开销,同时增加一个冗余通道来达到对路由器容错的目的.当路由器中某个通道发生故障时,通道隔离检测方法使路由器能够在检测故障类型的同时进行数据传输,带回收指针的重传buffer将会进一步减少整个容错结构的开销.实验结果表明在无故障情况下本文设计的路由器较传统路由器平均延时降低45%左右,最大吞吐率提高28%左右,面积开销仅仅增加了18.24%.在故障存在的情况下,本文方案也显现出很大的优越性,能够达到很好的容错效果.     

WiNoC中无线通信拥塞与故障感知的容错路由算法

在无线片上网络中,无线通信拥塞和故障对整个片上网络的通信效率具有严重影响.为此本文提出了一种针对无线通信拥塞和故障的容错路由算法,首先设计了无线通信拥塞和故障感知模型,该模型能够感知无线节点通信对的拥塞和故障信息,并对其编码发送给子网中的路由器;然后子网中的路由器根据接收到的无线节点通信对状态信息,判断数据包是否使用无线传输.实验表明,本文方案相较于对比对象能够在较小的额外面积、功耗开销下,保证较低的网络延迟和较高的网络吞吐率,并对无线节点通信对的永久性故障具有良好的容错能力.     

基于容错虫洞路由的动态片上网络研究

提出将容错虫洞路由应用于动态片上网络DyNoC,能有效解决实时放置任务间的通信;并提出了增强型动态片上网络,增加了处理单元PE和周围路由节点Router的连线,并赋予PE自主选择路由源目节点能力,明显减少路由跳数,改善了网络的互连性.通过OPNET软件仿真,增强型DyNoC的平均端到端延迟比DyNoC缩短27%,而吞吐率则显著提高35%,可以有效缓减对片上路由资源缓存的需求.     

基于博弈论的片上总线仲裁机制研究

随着半导体工艺技术的发展,芯片内部集成的功能模块越来越多.各功能模块通过总线方式连接,因而片上总线仲裁架构成为制约芯片性能提高的瓶颈.通过改善片上总线仲裁器设计,能有效缓解由于各功能模块争用总线资源而引起的芯片性能下降.本文提出一种基于博弈论的片上总线仲裁机制,利用求解多人博弈问题的方法解决总线争用问题,并以片上系统的性能指标为约束条件,得到解决总线争用问题的一般模型.最后,通过仿真及实际硬件平台对算法进行测试,结果表明应用本算法的指令处理速度比应用固定优先级算法快236%,比应用轮换算法快53%.     

一种环形Buffer自适应NoC路由器设计

在片上网络(Network-on-Chip,NoC)系统中,对路由器缓存进行有效的设计及管理,能够有效提高系统多方面的性能.设计了一种环形缓冲结构的自适应路由器,该路由器中所有通道的缓冲资源相互连接形成一个封闭的环,繁忙的输入通道能够共享其他通道的空闲缓冲资源.2D Mesh网络中的实验结果表明,环形缓冲结构的路由器与传统路由器相比,能量消耗得到了降低,缓冲使用缩小了5倍.此外,大量的仿真研究表明,该路由器结构提高了网络性能,减少了平均信息延时.     

基于NoC的网络接口设计

与总线架构相比,片上网络具有支持并行通信、良好的可扩展性、规则的结构、可重用性等优点。网络接口是片上网络中处理器核与路由节点之间的接口,网络接口的数据转化和传输效率影响整个片上网络的工作效率。研究的NoC系统采用3×3二维mesh的结构,DSP核采用AMBA总线结构,路由节点采用包交换方式,为了实现二者之间的数据转换与交换,设计了网络接口。为了提升传输效率,网络接口设计支持数据批传输,批传输不需DSP核参与,节省处理器资源。在完成网络接口的RTL设计后,进行了仿真验证,保证了网络接口的功能正确性。     

基于动态权重仲裁的NoC路由节点的设计

针对多核系统中各计算核之间存在不均衡通讯的情况,设计和实现了一种基于动态权重仲裁的片上网络路由节点,取代目前NoC路由节点广泛使用的固定优先级仲裁器和RR仲裁器。路由节点可检测各个方向的拥塞情况来判断各个方向的优先程度,并以轮转权重的办法来动态调整各个方向的权重。实验结果表明,基于动态权重仲裁的路由节点能有效改善在多核间不均衡通讯的情况下片上网络的性能。