异步片上网络自动生成及模拟方法的研究

【摘要】随着半导体集成工艺的高速发展,晶体管的特征尺寸迅速的缩小,单个硅片上集成了越来越多的复杂功能电路。集成电路面临着时钟偏斜、时钟抖动、时钟功耗以及设计复杂度等一系列的问题。近年来,全局异步局部同步(globallyasynchronousandlocallysynchronous,GALS)作为一种新的设计方法成为片上系统的研究热点。异步片上网络的高可扩展性、高模块化、高并发性、时钟本地化等优势使其成为下一代片上系统的主流互连架构。本文以异步片上网络为目标,对异步片上网络的关键问题(网络拓扑、同步/异步接口、服务质量、路由算法以及设计自动化等)进行了详细的分析,对异步片上网络自动生成方法进行了详细的研究和深入的探索。本文首先分析了异步片上网络相对于传统同步片上网络具有的优势,介绍异步设计的相关知识,然后从片上网络的网络拓扑结构、交换方式、路由算法等出发研究异步片上网络,并提出了异步片上网络所具有的众多同步片上网络不具有的优势。在分析探讨几种片上网络设计流程的基础上,提出了一种基于IP库的NoC设计流程,采用通讯和计算分离的设计方法,结合IP重用技术,使得功能模块之间相互独立。在基于IP库的设计流程的基础上,研究了面向特定应用的片上网络的自动生成方法。该方法采用常用2DMesh拓扑结构作为研究平台,分别从应用输入、映射、路径分配、自动生成四个方面逐步实现片上网络的生成方法。最后,重点讨论了基于粒子群优化(particleswarmoptimization,PSO)算法和遗传算法(geneticalgorithm,GA)的混合优化实现映射以及基于负载均衡最短路径算法的路径分配策略,尽可能的减少了功耗和带宽的需求,同时考虑了链路的负载均衡。本文在NS2环境对提出的NoC进行模拟,用于评估拓扑结构、交换技术和路由算法等设计参数及不同通信负载和通信模式对NoC体系结构的平均延时、吞吐量等性能的影响,为自动生成片上网络的性能进行了较为科学的评估。对比实验结果,本文提出的片上网络自动生成方法生成的片上网络在链路带宽,功耗和链路负载均衡方面都能表现出优异性能,满足设计要求。
【作者】李超；
【导师】刘怡俊；
【作者基本信息】广东工业大学，计算机应用技术，2014，硕士
【关键词】GALS；片上网络；映射；路径分配；自动生成；NS2；

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