NoC可靠性与容错路由方法研究

摘要

随着集成电路制造工艺的不断发展，集成在芯片上晶体管的数量也随之增多，已超过几十亿晶体管的规模，因此芯片上可以集成越来越多的IP核。随着芯片中IP核数量的增多，基于总线结构的片上系统(System-on-Chip，SoC)将面临以下问题：可扩展性问题、不能真正实行并行通信而引起的通信效率问题、由于全局同步而引起的功耗和面积等问题，这些都是片上系统无法逾越的障碍。因此，为了解决传统的SoC所面临的问题，片上网络(Network-on-Chip，NoC)作为一种全新的互联结构被提出来。片上网络不仅从通信架构上解决了传统SoC所固有的问题，还采用了全局异步局部同步（Globally Asynchronous Locally Synchronous，GALS）的通信机制，使得NoC成为面向纳米工艺的新型体系结构。
　　 本文重点介绍了2D-Mesh结构NoC通信架构的基本知识，并在此架构上分别提出了一种可重构的容错路由方法和一种提高NoC可靠性的方法。
　　 论文的工作主要包括以下几个方面：
　　 (1)介绍了NoC产生的背景、NoC研究的关键问题和国内外研究现状；此外，还介绍了2D-Mesh结构NoC以及交换技术、路由算法和故障路由器的容错技术等相关内容。
　　 (2)针对2D-Mesh 结构NoC通信过程中出现的路由器故障，提出了一种基于重构的片上网络容错路由方法。在NoC通信过程中，出现的故障路由节点将影响整个系统的正常通信。因此，通过为NoC中的路由器设置一个状态寄存器，用来标识相邻节点的安全状态。在NoC通信时，根据此标识提供的状态信息，数据在路由时绕过故障节点正确的到达目的节点，从而保证NoC的正常通信。实验结果表明，该容错方法在容忍路由器故障和保证NoC正常通信的情况下，获得了较低的数据延迟。
　　 (3)根据2D-Mesh 结构NoC的通信特点，针对路由节点路障所造成与其连接的IP核通信无效的问题，提出了一种新的提高片上网络通信可靠性的方法。在NoC系统中，路由器故障不仅造成此路由器丧失路由功能，还影响与其相连IP核的通信。根据通信任务矩阵，IP核选择邻居节点并与之建立链路，在本地路由节点出现故障的情况下，根据路由状况选择最佳冗余路由器进行通信。实验结果表明，该方法在提高NoC可靠性的同时获得了较低的数据延迟。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第一章 绪 论

第二章 片上网络通信架构的概述

第三章 基于重构的片上网络容错路由方法

第四章 片上网络通信可靠性方法研究

第五章 总结与展望

参考文献

附 录

致谢