片上网络中交叉开关调度算法的设计与优化

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随着集成电路和半导体技术的高速发展,片上网络(NoC,Network-on-Chip)这一全新架构的提出有效缓解了基于传统共享总线架构的系统芯片出现的无法解决的瓶颈。路由节点和交叉开关是NoC中集成高性能IP的核心,其相应的调度算法几乎影响了 NoC所有性能指标。然而传统的调度算法等同看待每一个端口的特点会带来较大延时,尤其是在实际业务流如语音或流媒体业务传输对网络延时的要求较高的情况下,对吞吐率的要求相对延时而言较低一些,此时适当牺牲一部分吞吐率作为代价来提升延时性能就显得尤为重要。本文结合路由节点和交叉开关的架构,分析了现有主流调度算法不考虑权重的缺陷,其中具体分析了原本应用于大规模交换网络的iSLIP算法的执行步骤。首先,根据一次迭代三个执行步骤中只有请求步骤不需要任何调度的特点,将仲裁加入输入端口请求中,从而消除了接受步骤而简化为一次迭代中请求和授权两个执行步骤。其次,分别设定优先级为虚通道中队列排队队长和首元等待时间两种方式作为基于优先级权重设定的算法。然后,在分析了两种不同优先级选择的性能优劣之后将简化迭代步骤和基于队长优先级的算法相结合对iSLIP算法实现了进一步的改进。最后,搭建了基于片上网络的仿真平台BookSim2.0,分析了模拟器的运行机制和模块化的参数配置,对提出的算法进行代码化实现。本文采用仿真平台自带的合成流量进行性能评估,在延时饱和点处,基于队长优先级的简化迭代算法在均匀的uniform流量模式下,延时比PIM和iSLIP分别下降了 15.3%和3.0%,吞吐率比iSLIP下降了 9.5%。在非均匀的transpose和tornado流量模式下,延时比PIM和iSLIP分别下降了 14.6%、14.1%和9.2%、2.7%,吞吐率比iSLIP分别下降了 3.9%和3.0%。算法延时指标下降了 10%以上,而吞吐率指标下降控制在10%以内,算法实现性能良好,具有一定实际应用价值。
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