多核系統(tǒng)中NoC通訊架構的關鍵技術

(1)物理層。物理層實現(xiàn)連接處理器資源與網(wǎng)絡的鏈路寬度和鏈路方向，因此帶寬負載能力、數(shù)據(jù)包大小及在兩節(jié)點之間的傳輸延遲等物理信息都是檢驗物理層設計質量的評估標準。片上網(wǎng)絡的物理層通訊采用握手協(xié)議完成，而握手協(xié)議可以分為同步協(xié)議與異步協(xié)議兩種。圖6為同步握手協(xié)議的示意圖，圖6(a)為物理通道信號。與計算機網(wǎng)絡多采用串行通訊方式不同，由于片上連線資源豐富，NoC可以使用并行通訊方式。因此同步方式和異步方式的Data信號寬度n，為>1的整數(shù)。握手協(xié)議需要請求信號Req和應答信號Ack完成通訊雙方握手操作，除此以外，同步方式需要時鐘信號Clock同步其余信號。

(2)數(shù)據(jù)鏈路層。數(shù)據(jù)鏈路層的功能就是將信息的每一個字準確地從一個節(jié)點傳輸?shù)较噜彽墓?jié)點上，定義了資源節(jié)點、通訊節(jié)點以及兩個通訊節(jié)點之間的傳輸協(xié)議，保證物理連接之間可靠的信息傳輸。由于兩個相鄰的節(jié)點可能以異步傳輸模式工作，因此需要考慮數(shù)據(jù)的出錯檢測與糾錯外，數(shù)據(jù)鏈路層還需要注意硬件同步問題，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)編碼和更好地控制數(shù)據(jù)傳輸率以及功耗管理。物理層和數(shù)據(jù)鏈路層均與工藝有關，即如采用新工藝，必須重新定義這兩個層。

報文格式的定義如圖7所示。報文由若干個幀組成。幀可分為頭幀、尾幀和實體幀3類。所有3類幀的組成相同，如圖8所示，均由頭標識位，尾標識位和幀負載位組成。
(3)網(wǎng)絡層。負責建立互連鏈接以及路由策略，因此片上網(wǎng)絡中各傳輸路徑的利用情況，在較大程度上取決于網(wǎng)絡層的設計結果。不同的鏈接建立方式在不同的網(wǎng)絡拓撲結構中性能各不相同，因此針對不同的應用和片上網(wǎng)絡結構，需要制定相應的鏈接建立方式。
(4)傳輸層。負責監(jiān)視網(wǎng)絡流量、對數(shù)據(jù)包進行拆分及組裝，因此數(shù)據(jù)包發(fā)送速度、掉包率以及解決方案是衡量傳輸層設計質量的標準。另外傳輸層對網(wǎng)絡傳輸路徑上的流量控制，直接影響到數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐掏铝浚@也是衡量傳輸層性能的指標。
(5)系統(tǒng)層。該層的重要功能包括信息的同步和管理、接收端數(shù)據(jù)格式的轉換以及一些與應用相關的功能等。

4 路由算法
路由策略的研究是NoC中的一個重要內(nèi)容，在給定的網(wǎng)絡拓撲結構下，決定數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡中的投遞路徑。其目的是使數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡延時、數(shù)據(jù)吞吐率、數(shù)據(jù)包投遞所需的功耗和可靠性都達到指標。
NoC路由算法的分類：依照路由結果的計算位置、路徑選擇方式、路徑距離等方法，由算法決定數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡結構中傳輸?shù)姆较颍褌鬏斅窂郊舷拗茷楹侠淼穆窂阶蛹Ｈ绻⒌穆酚赏耆伤脑春湍康牡刂窙Q定，與網(wǎng)絡中其他流量無關，這種路由算法稱為確定性路由，對于每一個源節(jié)點和目的節(jié)點之間，采用確定性路由得到一條路徑計算結果。而自適應路由算法是允許路徑上的其它流量影響數(shù)據(jù)包的路由策略，對于每一對源和目的節(jié)點，算法可根據(jù)網(wǎng)絡的擁堵狀況給出多條的路徑計算結果。路由計算模塊是一個相對獨立的處理單元，通常需要根據(jù)不同的算法改變交換節(jié)點中的路由計算模塊，就可以實現(xiàn)NoC路由算法的改變。