基于虫孔直通交换的片上网络及其实时性研究

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片上系统(System-on-Chip,SoC)是目前提高芯片性能的主要手段。随着半导体技术的发展,单个芯片上集成的核心数量越来越多,核心之间的通信成为了制约SoC发展的主要因素。片上网络(Network-on-Chip,NoC)的提出为片上通信提供了新的发展方向,并因其优良的可重用性、可扩展行和并行通信等特点,逐渐成为了SoC通信的主流方式。此外,在实时性要求较高的应用场景中,NoC通信的实时性能会直接影响到整个SoC的性能,因此,对NoC的实时性能进行研究有着重要的意义。  传统虫孔直通交换(Conventional Wormhole Cut-Through Switching,Con-WCTS)采用简单轮询仲裁机制,不适用于实时性要求较高的通信环境中。因此,本文提出了共享优先级虫孔直通交换(Shared Priority Wormhole Cut-Through Switching,SP-WCTS)网络,同时引入虚拟通道技术,解决了优先级反转问题。  针对SP-WCTS网络,本文进一步对其进行实时性分析。首先考虑了同优先级业务在共享物理链路的带宽,然后分析了来自高优先级业务的直接干扰和间接干扰。本文综合两种业务的影响,提出了一种SP-WCTS网络的延时分析模型,用以计算各业务的最大传输延时。并设计了实验,比较了SP-WCTS网络和共享优先级虫孔交换(Shared ProrityWormhole Switching,SP-WS)网络的网络延时。  为了方便片上网络研究设计人员分析比较不同片上网络的实时性能,本文开发了一套支持多种网络延时分析模型的片上网络实时分析工具。并基于该软件设计实验对比了SP-WCTS网络、Con-WCTS网络、SP-WS网络和轮询虫孔交换网络的实时性能。并比较了不同虚拟通道数目、业务数量和网络利用率对不通架构片上网络可调度性的影响。  本文的分析及实验结果表明SP-WCTS网络的实时性能要优于其他几种片上网络,可以承担更大的网络负载,其可调度性对虚拟通道数目和网络利用率的敏感度要低于其他几种网络。
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