多核系統中NoC通訊架構的關(guān)鍵技術(shù)（二）

3 NoC的通訊協(xié)議

　　NoC是片上通信基礎結構，借鑒網(wǎng)絡(luò )中的分層思想，NoC設計采用普通的通信分層方法，定義5個(gè)協(xié)議層：物理層、數據鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層、傳輸層和系統層。圖5是NoC一個(gè)典型的層次結構。

　?。?）物理層。物理層實(shí)現連接處理器資源與網(wǎng)絡(luò )的鏈路寬度和鏈路方向，因此帶寬負載能力、數據包大小及在兩節點(diǎn)之間的傳輸延遲等物理信息都是檢驗物理層設計質(zhì)量的評估標準。片上網(wǎng)絡(luò )的物理層通訊采用握手協(xié)議完成，而握手協(xié)議可以分為同步協(xié)議與異步協(xié)議兩種。圖6為同步握手協(xié)議的示意圖，圖6（a）為物理通道信號。與計算機網(wǎng)絡(luò )多采用串行通訊方式不同，由于片上連線(xiàn)資源豐富，NoC可以使用并行通訊方式。因此同步方式和異步方式的Data信號寬度n，為》1的整數。握手協(xié)議需要請求信號Req和應答信號Ack完成通訊雙方握手操作，除此以外，同步方式需要時(shí)鐘信號Clock同步其余信號。

　?。?）數據鏈路層。數據鏈路層的功能就是將信息的每一個(gè)字準確地從一個(gè)節點(diǎn)傳輸到相鄰的節點(diǎn)上，定義了資源節點(diǎn)、通訊節點(diǎn)以及兩個(gè)通訊節點(diǎn)之間的傳輸協(xié)議，保證物理連接之間可靠的信息傳輸。由于兩個(gè)相鄰的節點(diǎn)可能以異步傳輸模式工作，因此需要考慮數據的出錯檢測與糾錯外，數據鏈路層還需要注意硬件同步問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現數據編碼和更好地控制數據傳輸率以及功耗管理。物理層和數據鏈路層均與工藝有關(guān)，即如采用新工藝，必須重新定義這兩個(gè)層。

　　報文格式的定義如圖7所示。報文由若干個(gè)幀組成。幀可分為頭幀、尾幀和實(shí)體幀3類(lèi)。所有3類(lèi)幀的組成相同，如圖8所示，均由頭標識位，尾標識位和幀負載位組成。

　?。?）網(wǎng)絡(luò )層。負責建立互連鏈接以及路由策略，因此片上網(wǎng)絡(luò )中各傳輸路徑的利用情況，在較大程度上取決于網(wǎng)絡(luò )層的設計結果。不同的鏈接建立方式在不同的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構中性能各不相同，因此針對不同的應用和片上網(wǎng)絡(luò )結構，需要制定相應的鏈接建立方式。

　?。?）傳輸層。負責監視網(wǎng)絡(luò )流量、對數據包進(jìn)行拆分及組裝，因此數據包發(fā)送速度、掉包率以及解決方案是衡量傳輸層設計質(zhì)量的標準。另外傳輸層對網(wǎng)絡(luò )傳輸路徑上的流量控制，直接影響到數據傳輸的吞吐量，這也是衡量傳輸層性能的指標。

　?。?）系統層。該層的重要功能包括信息的同步和管理、接收端數據格式的轉換以及一些與應用相關(guān)的功能等。

4 路由算法

　　路由策略的研究是NoC中的一個(gè)重要內容，在給定的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構下，決定數據包在網(wǎng)絡(luò )中的投遞路徑。其目的是使數據包的網(wǎng)絡(luò )延時(shí)、數據吞吐率、數據包投遞所需的功耗和可靠性都達到指標。

　　NoC路由算法的分類(lèi)：依照路由結果的計算位置、路徑選擇方式、路徑距離等方法，由算法決定數據包在網(wǎng)絡(luò )結構中傳輸的方向，把傳輸路徑集合限制為合理的路徑子集。如果消息的路由完全由它的源和目的地址決定，與網(wǎng)絡(luò )中其他流量無(wú)關(guān)，這種路由算法稱(chēng)為確定性路由，對于每一個(gè)源節點(diǎn)和目的節點(diǎn)之間，采用確定性路由得到一條路徑計算結果。而自適應路由算法是允許路徑上的其它流量影響數據包的路由策略，對于每一對源和目的節點(diǎn)，算法可根據網(wǎng)絡(luò )的擁堵?tīng)顩r給出多條的路徑計算結果。路由計算模塊是一個(gè)相對獨立的處理單元，通常需要根據不同的算法改變交換節點(diǎn)中的路由計算模塊，就可以實(shí)現NoC路由算法的改變。

　　維序路由采用較為廣泛的路由算法，應用了確