片上网络的拓扑结构研究

《片上网络的拓扑结构研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、万方数据第12卷第5期2010年lO月黄山学院学报JOumaIofHuangshanUnjVersityV01．12．N0．50ct．20lO片上网络的拓扑结构研究胡伟(黄山学院信息工程学院，安徽黄山245021)摘要：随着soC体系结构设计复杂度的提高，传统的总线结构已成为IP核之间通信的瓶颈。新的设计方法片上网络(NoC)应运而生。在对NoC拓扑结构进行了分类的基础上，分析了各种网络拓扑的相关特性，结果表明这些拓扑结构都具有良好的可扩展性，文章还探讨了NoC拓扑结构的发展方向。关键词：片上网络

2、(NoC)；片上系统(SoC)；拓扑结构中图分类号：TP302文献标识码：A文章编号：1672—447X(2010)04—0083—04随着半导体工艺技术步人纳米阶段。在单一芯片中集成上亿晶体管已经成为现实．片上系统(SoC)的发展已经进入极其迅速的时代。按照不同的片上互连方式，多核SoC可分为两大类，即传统的基于总线的互连和基于网络的互连。前者是现有soc的扩展，通过多总线及层次化总线等技术使得片上集成更多的处理器核，从而实现高复杂度和高性能，而后者是近些年提出的崭新概念。即多处理器核之间采用分

3、组路由的方式进行片内通信，从而克服了由总线互连所带来的各种瓶颈问题．这种片内通信方式称为片上网络(Ne咐orkonaChip，NoC)。自从NoC概念在2000年第一次被提出，已经过10年的发展，已经进入技术逐步成熟的阶段。2片上网络体系结构NoC中允许存在任意类型的资源节点，典型的资源节点可以是带缓冲的嵌入式微处理器和DSP核、专用硬件资源、可重构硬件资源，或者是上述各种硬件的组合。图1显示了资源节点中可能包含的硬件资源。计算类的资源节点以微处理器核、DsP核等形式存在，而存储类的资源节点则要求

4、尽可能地分散，以避免访问数据时要跨越整个芯片。各种尺寸为SR^'vIS、DR^MS、FLASH满足了不同的需求。图1资源节点中包含各种类型的硬件资源通讯节点是互连网络中的主要部分，其核心就是交换开关。如网络中的路由器，其主要作用是寻找出信息从起点到终点的最短最有效的路径。在数据传输中，有两种路由方式可供设计者选择：确定性路由(detenllinisdcroudng)和自适应路由(adaptiverouting)但是对于NoC设计，自适应路由规则并不适合。这并不是考虑自适应路由中路由表的存在，而是由

5、计算升级和维持信息的复杂度决定的。收藕日期：2010—05—10作者简介：胡伟(1978一)。安徽绩溪人．黄山学院信息工程学院讲师，硕士，主要研究方向为嵌八式系统综合与测试、计算机控制。万方数据·84·黄山学院学报2010年3片上网络的拓扑结构为了满足不同的性能和成本等需求．人们设计了很多不同的专用多处理器网络拓扑。Mpsoc(Multi—ProceSSorS”tem一0n—Chip)网络可以被分成直接网络和间接网络两类。在直接网络MPsoC中。节点处理器通过网络直接相互连接。每个节点执行数据流路

6、由和仲裁。在间接网络MPsoC中，节点处理器通过一个或多个中间节点开关相连。开关节点执行路由和仲裁功能。间接网络也称为多阶段互连网络(Mul咖geIn七el_connectNecworks，MIN)。NoC的拓扑结构有直接网络ordl090Ilal拓扑，立体连接循环(cube—connected—Cyck)拓扑、octagon拓扑等；间接网络拓扑cr0曲ars诵tch结构、Fuuy—Co皿ected网络、Butterny拓扑等。3．1直接网络拓扑3．1．1onIl090nal拓扑ordl090na

7、l拓扑网络中节点以K一阵列N一维Mesh【q或者K．-阵列N一维Tonls闭形式互连。如图2所示的就是一个2一DMesh网格结构，从图中可以看到，每个资源节点和一个交换节点相连，而一个交换节点和4个相邻的交换节点相连，二维网格结构在带宽、时延等通信性能上并不是最优，但其结构简单、可重用性好、可扩展性强，因此成为研究最多的拓扑结构。Toms网络结构在Mesh网格结构的基础上。将位于边缘的两个节点也连接了起来，如图3所示．环面网络结构的优点在于增强了位于边缘的节点之间的通讯，其缺点在于增加的边缘的节点

8、之间的连线与其它连线有交叉，增加了布线的困难。Mesh和Torus网络在并行计算平台中被广泛使用。-■口j一●一●口■●口广1j。圈2Mesh网络图3TOⅢs网络3．1．2立方体连接循环拓扑·立方体连接循环拓扑是为了减少onll090nal拓扑中每个节点的度而设计的。如图4所示，3一立方结构的每个节点有3个度，而在Mesh和Toms网络中每个节点有2n个度．立方体互连周期拓扑有一个层次化结构，在立方体的每个角上3个节点形成一个局部环。3．1．3occagon拓扑octagon网络是