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片上网络NoC的通信研究

李磊  
【摘要】: 在半导体技术的快速发展过程中,IP复用技术曾为集成电路发展注入前进的动力。随着芯片复杂程度的不断提高,设计复用的思路也被借鉴至芯片及其通信结构中,并从IP复用发展到应用系统的复用,而片上网络的多核处理器结构就是复用技术应用到系统级别的实例。在片上网络结构中,各子系统间的通信性能是影响整个系统性能的重要因素。 本文作者在攻读博士学位期间,加入法国格勒诺布尔TIMA实验室系统综合组,主要从事多核处理器系统间通信优化策略的研究。在上述研究背景下,本文主要在以下3个方面对片上网络的通信问题进行了探索性研究: (一)利用分布式存储结构的传输特点提高片上网络的通信效率。 针对目前基于Simulink的多核设计流程中,系统间通信效率不高的现状,本文在该多核设计流程中加入分布式存储器服务部件,利用该服务部件内部的仲裁以及缓存机制,达到提高系统间通信性能的目的。通过对Motion-JPEG图像的解码实例进行测试分析,获得结果如下:分布式存储器服务部件使多核系统在10帧Motion-JPEG图像的解码时间上缩短了45%。从系统内部处理器单元消耗在通信上的时间比例角度分析,使用分布式存储器服务部件后,与使用全局存储单元的通信部件相比,通信时间占总解码时间比例下降了45%~64%。 (二)提出了基于功能映射来缓解片上网络通信拥塞的方法。 对片上网络任务映射问题进行数学建模,以各节点的通信拥塞情况作为映射参数,将通信问题纳入功能映射的一部分,加入到设计初期的探索中。在此基础上,对仍然不满足带宽要求的节点,加入流量控制单元,利用该单元实现拥塞节点处流量监控以及路由调度的作用。通过对H.264解码器的实例进行测试分析,加入流量控制单元后,网络拥塞的节点通信效率提高了20%。 (三)针对NoC通信中的安全问题,提出了设计安全路由的虚拟安全通道以及路径验证的解决方法。 为了对系统间进行传输的数据进行安全防护,本文对片上网络安全问题进行了探索性研究:首先,本文通过在交换单元结构中引入虚拟安全通道,避免恶意占用带宽带来的通信阻塞;其次,通过在网络接口中加入加/解密引擎,防止网络传输过程中的敏感信息被窃取;最后,通过引入互补路径检测进行读写授权的方法,防止通过伪装身份对安全子系统中敏感信息的攻击。


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