片上网络拓扑结构研究及仿真平台设计

摘要

半导体工艺的飞速发展，使得在单块芯片上集成多个处理器核成为了可能。随着芯片上处理器核数量的增加，传统的总线通信方式逐渐不能满足片上多处理器之间数据的通信要求。片上网络（NOC）技术成为解决复杂多处理器系统中通信瓶颈问题的重要方法之一，也成为相关领域的前沿和热点研究的内容。 在此研究背景下，本文选取了片上网络拓扑结构及其对应路由算法和片上网络仿真验证平台这两个方面作为研究方向。深入的探讨了片上网络拓扑及其相关内容，详细的阐述了片上网络仿真验证平台设计的相关技术，并在此基础上完成了以下工作： 1．详细的总结了2DMesh、2DTorus以及超立方体这三种经典的片上网络拓扑结构及其对应的路由算法，并通过仿真对它们在不同通信量模式流量下的网络性能进行评估。 2．在总结已有的经典NOC拓扑的基础上，设计并提出了两种全新的NOC拓扑：多维平面NOC，即MDPNOC；以及色域跳转NOC，即CDHNOC。MDPNOC通过将多维拓扑NOC的节点标识引入至平面拓扑NOC中，实现了较好的网络性能；CDHNOC将图论中的着色算法引入至NOC拓扑设计中，提高了NOC的可扩展性并节约了资源的消耗。之后通过进行MDPNOC与CDHNOC仿真，验证了其相对于几种经典NOC拓扑在网络性能以及资源消耗上的优势。 3．研究了NOC仿真平台的设计，包括NOC节点的模块化设计方法，NOC拓扑的生成，以及NOC网络通信流量的产生机制。并完成了基于SystemC的NOC仿真验证平台—NSVP。并在其上进行了大量的仿真验证工作，证明了NSVP平台的可靠性、可扩展性以及便利性。

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论文说明：图表目录、缩略词表

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3本文结构和开展的工作

第二章 NOC拓扑结构研究

2.1 NOC拓扑结构简介

2.1.1直接型网络

2.1.2间接型网络

2.2三种经典的直接型拓扑及其路由算法

2.2.1拓扑研究

2.2.2路由算法

2.3 MDP拓扑NOC

2.3.1提出MDP NOC的背景

2.3.2路由节点的位置变换

2.3.3网络链路的连接

2.3.4验证及评估

2.4 CDH拓扑NOC

2.4.1提出CDH NOC背景

2.4.2 CDH路由节点的重新标识

2.4.3 CDH路由算法

2.4.4验证及评估

2.5本章总结

第三章 NOC软件仿真验证平台

3.1 前期基于OPNET平台的仿真

3.2 NSVP仿真平台的架构

3.3 NSVP平台的扩展性

3.4网络模型

3.4.1网络拓扑

3.4.2路由算法

3.5节点模型

3.6网络通信模式建模

3.7 Orion仿真工具的使用

3.7.1使用Orion进行功耗统计

3.7.2使用Orion进行面积统计

3.8 NSVP仿真验证平台的使用

3.8.1 NSVP仿真验证平台的配置

3.8.2数据的收集及处理

3.8.3 NOC性能评价指标

3.9本章结论

第四章 NSVP仿真验证实例

4.1 4×4 Mesh拓扑NOC下不同通信量模式的仿真

4.2 Mesh与Torus在各种通信量模式下的性能比较

4.3 MDP NOC性能仿真

4.4 CDH NOC性能仿真

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果