一種應(yīng)用于片上網(wǎng)絡(luò)支持硬實(shí)時(shí)通信的路由開關(guān)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及眾核處理器中片上網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)通信技術(shù)，特別是面向不同優(yōu)先級(jí)報(bào)文的通信競爭和延遲的眾核片上網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，進(jìn)一步地，涉及如何從硬件實(shí)現(xiàn)上來保證基于片上網(wǎng)絡(luò)的眾核系統(tǒng)中高優(yōu)先級(jí)報(bào)文的優(yōu)先傳輸，即涉及一種眾核系統(tǒng)片上網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信的硬件機(jī)制。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著片上系統(tǒng)朝著多核化、眾核化的方向發(fā)展，基于總線結(jié)構(gòu)的通信方式面臨著越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)主要來自帶寬、延遲、功耗、可擴(kuò)展性、可重用性、信號(hào)完整性、全局同步等，而片上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(Network-on-Chip，簡稱NoC)恰恰是能夠解決這些挑戰(zhàn)的有效方法。進(jìn)一步地，對(duì)于一些諸如雷達(dá)、聲納、多媒體等諸多國防和民用領(lǐng)域來說，通常需要高性能大規(guī)模的并行計(jì)算，其算法具有高計(jì)算密集性、高存儲(chǔ)密集性和高實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)。因此，在片上網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)上加入實(shí)時(shí)通信功能，將為片上網(wǎng)絡(luò)在上述領(lǐng)域中的應(yīng)用鋪平道路。
[0003]實(shí)時(shí)性分為軟實(shí)時(shí)與硬實(shí)時(shí)，軟實(shí)時(shí)要求平均響應(yīng)時(shí)間要小于某一個(gè)值，硬實(shí)時(shí)要求最壞響應(yīng)時(shí)間要小于某一個(gè)值。事實(shí)上，在片上網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)時(shí)通信可以通過設(shè)置報(bào)文的優(yōu)先級(jí)高低，使高優(yōu)先級(jí)報(bào)文在片上網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)的局部過程中能夠較低優(yōu)先級(jí)報(bào)文先被傳輸。然而，這并不一定能保證最終實(shí)現(xiàn)高優(yōu)先級(jí)報(bào)文在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸中在最壞情況下的延遲有一個(gè)確定值。在某些情況下，為了保證高優(yōu)先級(jí)報(bào)文傳輸有確定的最壞延遲(即保證其硬實(shí)時(shí)性)，甚至需要犧牲其平均延遲的性能(即軟實(shí)時(shí)性)作為代價(jià)。此外，有一些片上網(wǎng)絡(luò)使用基于時(shí)間戳的通信方式，在報(bào)文發(fā)送的開始或結(jié)束時(shí)打上時(shí)間戳，使得目標(biāo)核芯知道該報(bào)文中的數(shù)據(jù)是否足夠新還是已經(jīng)過時(shí)而不能使用；應(yīng)該注意到，這種時(shí)間戳方法可以提高片上網(wǎng)絡(luò)對(duì)實(shí)時(shí)性請(qǐng)求響應(yīng)的可靠性，使得系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)槭褂昧诉^時(shí)的數(shù)據(jù)而發(fā)生錯(cuò)誤，但本身并不能提高對(duì)實(shí)時(shí)性報(bào)文的網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)效性。
[0004]另一方面，傳統(tǒng)的采用虛通道(Virtual Channel，簡稱VC)技術(shù)的路由開關(guān)，在每一個(gè)方向的輸入端有大量緩存單元組成的若干個(gè)輸入虛通道(Input VC)隊(duì)列，但每一個(gè)時(shí)鐘最多只能有其中的一個(gè)輸入虛通道(Input VC)能經(jīng)交叉開關(guān)(Crossbar)向輸出虛通道(Output VC)傳輸一個(gè)微片(Flit);同樣的情況也發(fā)生在上游的輸出虛通道(Output VC)向下游的輸入虛通道(Input VC)的數(shù)據(jù)傳輸中。這樣的路由開關(guān)不僅硬件資源消耗很大，并行性也較差。此外，傳統(tǒng)的蟲孔(Worm Hole)交換機(jī)制雖然能實(shí)現(xiàn)基于微片(Flit)的傳輸，但總體上單個(gè)虛通道依然是基于數(shù)據(jù)包(Packet)進(jìn)行仲裁的，在這種仲裁方式中，一旦某個(gè)數(shù)據(jù)包(Packet)鎖定了交叉開關(guān)的一個(gè)鏈接(Link)，在這個(gè)數(shù)據(jù)包(Packet)全部傳完之前，其他數(shù)據(jù)包(Packet)是無法越過它來傳輸?shù)?；這意味著，如果有低優(yōu)先級(jí)的通信正在進(jìn)行，在其結(jié)束之前，高優(yōu)先級(jí)的通信請(qǐng)求將只能等待，所以，通過這種傳統(tǒng)的路由開關(guān)無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的缺陷，提供了一種支持優(yōu)先級(jí)傳輸?shù)膽?yīng)用于片上網(wǎng)絡(luò)支持硬實(shí)時(shí)通信的路由開關(guān)，可以應(yīng)用于任意采用確定性路由策略的片上網(wǎng)絡(luò)中，而對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)沒有限制；在應(yīng)用中，只需要將每一個(gè)報(bào)文增加一個(gè)優(yōu)先級(jí)標(biāo)識(shí)來標(biāo)明其優(yōu)先級(jí)，結(jié)合報(bào)文中必須包含的目的地信息，該報(bào)文就會(huì)被片上網(wǎng)絡(luò)按照其相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)經(jīng)過確定的路由向目標(biāo)核芯傳輸；以此路由開關(guān)構(gòu)建的片上網(wǎng)絡(luò)既能保證高優(yōu)先級(jí)報(bào)文平均傳輸延遲時(shí)間少，又能保證高優(yōu)先級(jí)報(bào)文傳輸?shù)淖顗难舆t是一個(gè)確定值，即能同時(shí)兼顧軟、硬實(shí)時(shí)性的要求，從而提高片上網(wǎng)絡(luò)通信的對(duì)實(shí)時(shí)性請(qǐng)求的服務(wù)質(zhì)量。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案:
[0007]一種應(yīng)用于片上網(wǎng)絡(luò)支持硬實(shí)時(shí)通信的路由開關(guān)，包括:
[0008]報(bào)文數(shù)據(jù)格式，報(bào)文中的每個(gè)微片包括請(qǐng)求、路由及目標(biāo)核芯響應(yīng)所需的數(shù)據(jù)傳輸信息、所需傳送至目的地的數(shù)據(jù)實(shí)部和用來標(biāo)識(shí)該微片優(yōu)先級(jí)的優(yōu)先級(jí)標(biāo)識(shí)位；
[0009]路由策略，路由開關(guān)可以結(jié)合任何確定性的路由策略，數(shù)據(jù)的傳輸首先沿著確定好的路由策略中的其中一維度傳輸?shù)脚c目的地節(jié)點(diǎn)相同維度的節(jié)點(diǎn)上，然后再沿著其中另外的維度依次傳輸?shù)侥康牡毓?jié)點(diǎn)，最后從目的地節(jié)點(diǎn)的本地通道輸出；
[0010]鏈路層流控機(jī)制，采用改進(jìn)型的蟲孔交換機(jī)制，包括報(bào)文在路由開關(guān)內(nèi)部及片上網(wǎng)絡(luò)的各路開關(guān)之間的路由、仲裁、緩存和傳輸都是基于微片進(jìn)行的和高優(yōu)先級(jí)微片在緩存、仲裁和傳輸各方面都優(yōu)先于低優(yōu)先級(jí)微片；與
[0011]路由開關(guān)機(jī)構(gòu)，路由開關(guān)在每一個(gè)方向上包括支持優(yōu)先級(jí)緩存的輸入方向通道、路由計(jì)算模塊、支持優(yōu)先級(jí)仲裁的仲裁器和支持優(yōu)先級(jí)的輸出通道。
[0012]進(jìn)一步地，數(shù)據(jù)傳輸信息包括用來標(biāo)識(shí)當(dāng)前微片是否是一個(gè)有效微片的有效標(biāo)識(shí)位和用來標(biāo)識(shí)當(dāng)前微片最終是發(fā)往眾核系統(tǒng)中哪一個(gè)目標(biāo)核芯，路由開關(guān)據(jù)此確定對(duì)當(dāng)前微片的路由決策的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)位。
[0013]進(jìn)一步地，數(shù)據(jù)傳輸信息還包括用來標(biāo)識(shí)當(dāng)前微片最初是發(fā)自眾核系統(tǒng)中哪一個(gè)模塊的源節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)位和用來標(biāo)識(shí)當(dāng)前微片是否是所屬報(bào)文的最后一個(gè)微片的尾部標(biāo)識(shí)位。
[0014]進(jìn)一步地，支持優(yōu)先級(jí)緩存的輸入方向通道包括:
[0015]每個(gè)輸入方向只有對(duì)應(yīng)與路由的有限數(shù)量的方向通道；
[0016]限制低優(yōu)先級(jí)微片使其不能占據(jù)一個(gè)方向通道全部的通道緩存；和
[0017]對(duì)于一個(gè)方向存在的任意通道，每個(gè)通道都是支持后進(jìn)入的高優(yōu)先級(jí)微片能比先進(jìn)入的低優(yōu)先級(jí)微片先由該通道輸出，而相同優(yōu)先級(jí)的微片遵循先入先出的順序。
[0018]進(jìn)一步地，路由計(jì)算模塊包括:
[0019]當(dāng)有一個(gè)來自前級(jí)輸出通道或者本地核芯的微片向所述路由計(jì)算模塊對(duì)應(yīng)的輸入方向的方向通道發(fā)送傳輸請(qǐng)求時(shí)，所述路由計(jì)算模塊能夠讀取該微片中的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)；和
[0020]能夠通過比較目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與本路由開關(guān)的節(jié)點(diǎn)號(hào)，來確定該微片應(yīng)該緩存到哪一個(gè)方向通道。
[0021]進(jìn)一步地，支持優(yōu)先級(jí)仲裁的仲裁器包括:
[0022]能夠識(shí)別本路由開關(guān)中可能發(fā)往所述仲裁器對(duì)應(yīng)的輸出方向的各個(gè)方向通道有無微片傳輸請(qǐng)求，若一個(gè)方向存在的任意通道有傳輸請(qǐng)求，能通過讀取其優(yōu)先級(jí)標(biāo)識(shí)位來判斷其為尚優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求還是低優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求；和
[0023]若上述請(qǐng)求中包含有高優(yōu)先級(jí)微片的傳輸請(qǐng)求，則按照每個(gè)時(shí)鐘以公平輪流的方式在各個(gè)裝載著高優(yōu)先級(jí)微片的通道之間選擇一個(gè)，允許其向輸出通道傳輸；但若只存在低優(yōu)先級(jí)微片的傳輸請(qǐng)求，則所述仲裁器按照每個(gè)時(shí)鐘以公平輪流的方式在各個(gè)裝載著低優(yōu)先級(jí)微片的通道之間選擇一個(gè)，允許其向輸出通道傳輸。
[0024]進(jìn)一步地，支持優(yōu)先級(jí)的輸出通道包括:
[0025]能夠接收本路由開關(guān)的從其它方向發(fā)送來的高優(yōu)先級(jí)微片和低優(yōu)先級(jí)微片并緩存起來；和
[0026]支持后進(jìn)入的高優(yōu)先級(jí)微片能比先進(jìn)入的低優(yōu)先級(jí)微片先輸出，而相同優(yōu)先級(jí)的微片遵循先入先出的順序，向下一跳對(duì)應(yīng)的方向通道傳輸。
[0027]本發(fā)明一種應(yīng)用于片上網(wǎng)絡(luò)支持硬實(shí)時(shí)通信的路由開關(guān)，包括報(bào)文優(yōu)先級(jí)的定義和識(shí)別，不同優(yōu)先級(jí)報(bào)文的緩存、仲裁和輸出；報(bào)文的各個(gè)微片可以被緩存于某個(gè)路由開關(guān)輸入端的方向通道內(nèi)，這種方向通道結(jié)合路由，并且支持高優(yōu)先級(jí)微片比低優(yōu)先級(jí)微片先輸出，而同種優(yōu)先級(jí)微片先入先出；此外，去往相同輸出方向的微片由該方向的仲裁器按照公平輪巡的方式進(jìn)行仲裁，這種仲裁同樣以確保各個(gè)對(duì)應(yīng)通道內(nèi)優(yōu)先級(jí)高的微片先被選擇輸出為如提；從而，這種基于微片的緩存、仲裁的路由開關(guān)完全確保了尚優(yōu)先級(jí)報(bào)文在各個(gè)路由器中的最壞傳輸時(shí)間，進(jìn)一步的，成為兼顧軟、硬實(shí)時(shí)通信的保證。
【附圖說明】
[0028]附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0029]圖1為報(bào)文中一個(gè)微片的數(shù)據(jù)格式示意圖；
[0030]圖2為路由開關(guān)的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0031]圖3為輸入方向通道的輸入請(qǐng)求的響應(yīng)流程圖；
[0032]圖4為輸入方向通道為高優(yōu)先級(jí)微片預(yù)留一個(gè)緩存的輸入請(qǐng)求效果示意圖；
[0033]圖5為輸入方向通道的輸出響應(yīng)流程圖；
[0034]圖6為當(dāng)輸入方向通道內(nèi)包含若干高優(yōu)先級(jí)微片和低優(yōu)先級(jí)微片時(shí)的輸出效果示意圖；
[0035]圖7為對(duì)應(yīng)本地輸出方向的優(yōu)先級(jí)仲裁器的仲裁響應(yīng)流程圖；
[0036]圖8為本地方向的優(yōu)先級(jí)仲裁器的仲裁效果示意圖；
[0037]圖9為輸出通道的輸入輸出響應(yīng)流程圖；
[0038]圖10為輸出通道的實(shí)現(xiàn)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
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