片上网络若干关键技术的研究

【摘要】在集成电路技术不断发展和市场应用需求的双重推动下,单芯片上集成的IP核数不断增多。传统基于共享总线设计在可扩展性、带宽、延迟、能耗和时钟同步等方面的局限性逐渐显露,难以满足复杂片上系统(SystemonChip,SoC)通信需求。片上网络采用分布式网络结构设计,克服总线互连的诸多局限性,有效解决复杂SoC的通信需求。如何实现片上IP核间的高效通信是片上系统中亟待解决的研究课题。本文主要针对片上网络拓扑结构、路由算法、子网分割以及无线片上网络架构等方面存在的问题进行研究,主要创新成果和结论如下：1.在片上网络拓扑结构设计方面,本文提出基于混合互连的Mesh拓扑结构。该结构将总线和Mesh拓扑结构相结合。在网络不拥塞时,数据包通过Mesh网络进行传输；在Mesh网络拥塞时,数据包通过总线传输。仿真结果表明,该拓扑结构可以有效缓解因网络拥塞而造成的性能下降。2.在片上网络路由算法设计方面,本文提出混合伪自适应性(HybridPseudoAdaptive,HPA)路由算法。该路由算法在网络不拥塞或轻度拥塞时,数据包沿着预先设定的路径进行传输；在数据包传输过程中,若下一级路由节点较为拥塞时,则根据拥塞的程度选择其他不拥塞的路由路径或者总线进行传输。仿真结果表明,该路由算法与维序、O1TURN、DyXY路由相比,可以使网络通信性能有更大的提升。3.在片上网络子网分割方面,本文提出基于穷搜索的最优子网分割算法,实现子网间通信量最小化。仿真结果表明,该算法可以有效减少子网间的通信业务量,缓解子网间通信对无线带宽资源的需求。4.在无线片上网络架构设计方面,本文提出基于中央控制的TDMA无线片上网络通信架构。该架构引入一个额外的中央控制器对所有子网的通信过程进行控制,使无线链路带宽得到充分利用。其次,该架构采用单跳传输方式,可有效缓解多跳传输造成的网络拥塞。仿真结果表明,相比于WCube网络结构,该架构能有效提高网络吞吐量,并降低数据包传输延迟和通信能耗。另外,本文还设计了中央控制器并证明该方案具有较好的可扩展性。
【作者】刘招山；
【导师】林世俊；
【作者基本信息】厦门大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】片上网络；拓扑结构；路由算法；无线片上网络；中央控制器；

【参考文献】
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