MPSoC上的NoC通信架構的實(shí)現

　　摘要：本文介紹了片上網(wǎng)絡(luò )的相關(guān)概念，采用2D Mesh拓撲結構和XY路由算法，實(shí)現了一款用于構建MPSoC的片上網(wǎng)絡(luò )。通過(guò)在EDK中構建4個(gè)MicroBlaze核的處理器，并用片上網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行連接，最終在XUP Virtex-Ⅱ Pro FPGA開(kāi)發(fā)板上驗證了片上網(wǎng)絡(luò )的正確性。

　　引言

　　隨著(zhù)半導體集成電路以及片上多核技術(shù)的發(fā)展，片上系統(System On Chip，SoC)變得越來(lái)越復雜。傳統的基于總線(xiàn)的通信結構具有可擴展性不強、結構簡(jiǎn)單以及當IP核較多時(shí)布線(xiàn)比較復雜等缺點(diǎn)已經(jīng)成為了系統性能的瓶頸，難以滿(mǎn)足日益增長(cháng)的片上系統內部通信需求。2001年，研究者們借鑒了計算機網(wǎng)絡(luò )的思想，提出了片上網(wǎng)絡(luò )(Network On Chip，NoC)這種全新的片上互聯(lián)架構。

　　目前關(guān)于片上網(wǎng)絡(luò )的研究主要包括拓撲結構研究、路由算法研究以及模擬器研究等。盡管片上網(wǎng)絡(luò )的研究蓬勃發(fā)展，但是基于特定應用的片上網(wǎng)絡(luò )的研究還比較少。本文用VHDL語(yǔ)言構造出一個(gè)基于二維網(wǎng)格(2D Mesh)拓撲結構以及XY路由算法的片上網(wǎng)絡(luò )。通過(guò)在EDK中構建多個(gè)MicroBlaze IP核，并用片上網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行連接通信，最終在XUP Virtex-Ⅱ Pro FPGA開(kāi)發(fā)板上驗證了該片上網(wǎng)絡(luò )的正確性。

　　相關(guān)概念簡(jiǎn)介

　　片上網(wǎng)絡(luò )

　　片上網(wǎng)絡(luò )，即在芯片上引入計算機網(wǎng)絡(luò )的概念，用以實(shí)現芯片上各個(gè)模塊的互聯(lián)。片上網(wǎng)絡(luò )與計算機網(wǎng)絡(luò )類(lèi)似，都支持包交換、路由轉發(fā)策略以及相關(guān)的路由協(xié)議等。但是，片上網(wǎng)絡(luò )也有其自身的特點(diǎn)：首先，片上網(wǎng)絡(luò )是基于芯片級的，其規模較小;其次，片上網(wǎng)絡(luò )對傳輸的速率要求比較高;第三，片上網(wǎng)絡(luò )受到制約的條件比較多;第四，片上網(wǎng)絡(luò )對功耗以及路由算法的效率要求也比計算機網(wǎng)絡(luò )要高。

　　FPGA

　　FPGA(Field Programmable Gate Array，現場(chǎng)可編程門(mén)陣列)是1984年由Xilinx公司發(fā)明的。它是一種半定制的通用器件，用戶(hù)可以通過(guò)對FPGA器件編程實(shí)現所需的邏輯功能。

　　MicroBlaze

　　MicroBlaze是一種片內微處理器軟核，它是一種針對Xilinx FPGA優(yōu)化過(guò)的功能強大的片上微處理器軟核。MicroBlaze軟核的內部采用RISC指令集結構和哈佛存儲結構，內部有32個(gè)通用寄存器、1個(gè)ALU單元、2個(gè)特殊寄存器程序指針(PC)和處理器狀態(tài)寄存器(MSR)。

　　MPSoC

　　MPSoC(Multiprocessor System–On-Chip)也稱(chēng)多處理器片上系統。隨著(zhù)電路設計復雜度的大大提升，將多個(gè)處理器核集成到一塊芯片上構成MPSoC的方法成為了新一代SoC的主流設計。MPSoC所應用的平臺常常包括具有許多特定功能的處理單元、內存模塊以及I/O部件。

　　片上網(wǎng)絡(luò )的設計與實(shí)現

　　本文中片上網(wǎng)絡(luò )的設計主要包括拓撲結構、路由算法、交換節點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò )接口等方面的設計。