基于链路的NoC延时优化方法研究

摘要

片上网络(Network-on-Chip,NoC)可以有效改善片上系统(System-on-Chip,SoC)遇到的瓶颈，近年来已经成为国内外的研究热点。延时是NoC性能评价的重要指标，减小网络平均延时是NoC设计的重要目标之一。如何在较低的成本投入下，用简单的方法减小网络平均延时，获得良好的网络性能，具有非常重要的研究意义。
　　传统的延时优化方法，主要从拓扑结构、路由算法及Mapping算法等方面入手。本文采用一种新的延时优化方法：基于确定性路由算法，根据NoC网络中各通信节点数据量分布情况，找出容易发生拥塞的节点，依据节点位置，局部增加网络带宽，减少网络繁忙节点，缓解拥塞，从而减小网络平均延时。在OPNET仿真平台下对Mesh拓扑结构、不同路由算法的NoC建立模型，进行验证。仿真结果表明，这种局部优化带宽的方法可以在较低成本投入下，显著改善网络的延时性能，并且具有一定的通用性。本文主要的工作如下：
　　1.针对Mesh拓扑结构，基于XY路由算法和O-E路由算法，依次从进程层、节点层、和网络层对NoC网络进行建模，建立了一个8×8规模的二维NoC网络模型。
　　2.对基于XY路由算法的2D Mesh结构NoC网络模型，在网络带宽充裕的情况下进行仿真，统计各链路数据量大小，分析繁忙节点数量以及在整个网络中所处的位置。
　　3.根据仿真得到的节点繁忙情况，在不改变路由算法的前提下，采用一种局部增加环路网络带宽的方法，改善网络延时。对比带宽优化前后的网络性能，结果表明，这种局部优化带宽的方法可以有效减小网络平均延时，而且实现过程简单，代价较小。之后多次改变网络数据量，对带宽优化前后的网络进行性能对比。结果表明，在不同数据量情况时，局部带宽优化后的NoC网络均取得较好的网络延时性能，具有一定通用性。
　　4.相同数据量情况下，对基于XY路由算法带宽优化后的NoC网络模型和基于O-E路由算法的相同规模NoC网络模型进行仿真，并对比性能。结果表明，在一定数据量范围内，本文中带宽优化后的NoC网络，可以得到比基于O-E路由算法的NoC网络更小的网络平均延时。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 NoC架构特点

1.3 面向延时的NoC研究现状

1.4 论文章节安排

第二章 NoC设计方法及关键技术

2.1 NoC设计方法

2.2 NoC拓扑结构

2.3 路由算法

2.4 映射算法

2.5 交换机制

2.6 通信协议

2.7 本章小结

第三章 针对NoC延时的相关研究

3.1 基于拓扑结构的NoC延时研究

3.2 基于路由算法的NoC延时研究

3.3 基于Mapping算法的NoC延时研究

3.4 本章小结

第四章 OPNET仿真环境及模型建立

4.1 OPNET仿真环境

4.2 OPNET环境下网络模型的建立

4.3 路由算法的实现

4.4 本章小结

第五章 NoC网络带宽分析与延时性能优化

5.1 NoC网络性能评价标准

5.2 基于XY路由算法的延时性能优化

5.3 不同路由算法下网络延时性能对比

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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