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片上路由器及其可靠性的研究与容错设计

高唯天  
【摘要】:随着半导体技术的飞速发展,单个芯片上集成的IP核数量将越来越多。而基于片上总线的SoC在设计上遇到了全局时钟难以同步、地址空间有限、无法支持多节点并行通讯以及系统扩展不够灵活等问题,严重制约了系统性能的提高。片上网络(NoC)技术将计算机网络技术引入SoC的设计领域,从体系结构上彻底解决了上述问题,并逐渐发展成为片上总线之外的一种新的通信结构,成为该领域的研究热点。目前针对NoC的研究大部分集中在对拓扑结构、路由器和路由算法等各个部件的性能优化方面。而随着系统复杂度的增加,可靠性已成为必须研究的问题。对负责片上互连通信的路由器的可靠性的研究更是重要。 本文详细介绍了设计的基于2D mesh结构的片上路由器的组成结构,以及采用的传输协议,并对片上路由器的故障进行了分类。基于并行计算机中常用的路由技术,以及分布式系统中采用的容错技术,结合片上路由器的特点,提出一种基于2D mesh拓扑结构的可重构片上路由器的可靠性设计。使用后备路径机制对路由节点、网络接口及链路等进行容错设计,当所有路由节点均故障时,系统仍能进行通信。以较小的硬件开销的代价,换取了片上网络系统可靠性较大的提高。并分析了相关的片上网络的容错路由算法,及本文设计采用的可避免死锁的路由算法。使用Java语言编写的gpNoCsim模拟器对设计进行建模及仿真,并对结果进行分析,评估容错性设计对片上路由器可靠性的提高程度。


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