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片上网络(NoC)业务量建模方法及应用研究

秦明伟  
【摘要】:随着半导体集成电路的飞速发展,片上组件数量不断增长,总线通信结构成为芯片设计的瓶颈,为了解决复杂的片上通信问题,业界提出了基于数据包的片上网络通信架构。由于片上通信网络(Network on Chip,No C)的性能高度依赖于实际业务量,因此准确的业务量模型对于网络拓扑、协议及性能评估有重要意义。然而实现实际应用需要时间,且缺乏灵活性,在No C设计初期常常采用基于数学理论构建的分析业务量模型进行评估。本文以片上网络业务量建模方法及应用为研究课题,重点研究了基于自相似理论的No C业务量估计与生成方法、基于多分形理论的No C业务量估计与生成方法、基于拓扑的No C全局业务量建模方法和分形业务量下的缓存优化配置技术等。本文的主要研究内容及贡献如下:论文第二章在分析自相似过程定义及性质的基础上,完成了基于R/S、聚类方差、周期图、Whittle和小波等估计理的No C自相似业务量估计方法设计与性能分析;在论证No C业务量具有自相似特性的基础上完成了No C业务流自相似性形成原因分析;分别提出了基于随机中点置换的No C改进自相似业务流生成方法ISTG-RMD和基于傅里叶变换改进任意分布自相似业务量生成方法IAMDSTG-FT,实验表明,ISTG-RMD和IAMDSTG-FT都能准确的产生自相似No C业务数据流,且IAMDSTG-FT算法能够控制No C自相似业务流的自相关函数衰减变化,从而更加准确的模拟实际No C业务流。论文第三章在分析多分形过程定义及性质的基础上,完成了基于多小波分解与估计的No C多分形业务量多重分形谱估计算法设计与仿真验证,为No C设计者提供多分形业务量特性分析工具;基于多分形小波模型,提出了一种No C多分形业务流生成方法,解决了No C设计实现性能评估中的多分形业务流生成问题;通过实验分析论证了多分形业务量模型在No C业务流局部突发性描述上的优势;完成了基于FPGA的通用No C业务流模拟源设计实现,证明了模拟源的准确性,能够满足No C设计者仿真与测试评估中对No C业务流生成的需求。论文第四章在分析常用No C拓扑结构的基础上,结合自相似和多分形数学理论,完成了MPSo C实现的微观电路结构中常用处理算法对业务流特性影响的建模与仿真分析,得到了6个明确的业务流特性变化结论,为No C设计者进行业务流分析提供参考;结合自相似业务量理论提出了基于统计的脉动处理结构No C业务流特性变化模型SUPFTM,实验表明,该模型能够准确的刻画脉动处理结构下业务流自相似指数的变化;结合No C实现拓扑结构提出了基于节点的多任务No C全局分形业务量模型,为No C设计评估中的业务模拟提供解决方案。论文第五章在对No C路由器结构进行分析的基础上,论证了路由器输入通道缓存优化的必要性;提出了一种自相似业务量下的缓存配置优化方法,实验表明,该优化方法能够极大的降低No C路由器输入通道数据包排队服务等待时间;基于两种关键路径提出了关键路径下的No C缓存配置优化算法,实验表明该算法能够有效降低关键路径上数据包的排队时延。论文第六章基于自适应通信接收机对高速复杂实时信号处理技术及实现架构的需求,在对接收机进行任务划分及任务业务流间数据率、自相似性初步估算的基础上,完成了接收机的No C架构MPSo C实现中缓存优化配置策略初步设计,具有一定的参考价值。


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