一種片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，及片上網(wǎng)絡(luò)通信鏈路的建立方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，及片上網(wǎng)絡(luò)通信鏈路 的建立方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 片上網(wǎng)絡(luò)（Network on Chip, NoC)是指：在芯片內(nèi)用于多個(gè)功能模塊之間通信的 專用網(wǎng)絡(luò)。無線片上網(wǎng)絡(luò)（Wireless N〇C，WiN〇C)是指：基于無線通信技術(shù)在芯片上實(shí)現(xiàn)的 互連網(wǎng)絡(luò)。
[0003] 隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，單位面積所能集成的晶體管數(shù)量越來越多，在一個(gè)芯片 內(nèi)集成的功能和硬件模塊（如處理器核、內(nèi)存控制器、加速器等）也越來越多。在這種背景 下，傳統(tǒng)的總線式互連方式因?yàn)榇嬖趪?yán)重的資源競爭問題而成為系統(tǒng)性能的瓶頸；片上網(wǎng) 絡(luò)也因此已經(jīng)成為主流的互連方案。芯片內(nèi)集成的功能或者硬件模塊可以稱為一個(gè)節(jié)點(diǎn)， 發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)稱為源節(jié)點(diǎn)，接收數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)稱為目的節(jié)點(diǎn)。
[0004] 目前廣泛采用的片上網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方法有兩種，分別是：基于電路交換的片上網(wǎng)絡(luò)和 基于包交換的片上網(wǎng)絡(luò)。其中，基于電路交換的片上網(wǎng)絡(luò)在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間建立的 物理專用鏈路，不需要緩存數(shù)據(jù)包。該方案功耗低，傳輸時(shí)延短，但鏈路的建立開銷大，適用 于大數(shù)據(jù)量、持續(xù)傳輸。包交換的片上網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)切割成若干個(gè)分組（packet)，每個(gè)分組包 括若干個(gè)微片（flit)，由各個(gè)片上路由器轉(zhuǎn)發(fā)。該方案建立鏈路的速度快，但傳輸時(shí)延高， 適合于小數(shù)據(jù)量、隨機(jī)傳輸。
[0005] 隨著芯片規(guī)模的進(jìn)一步增長，片上網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模也快速增長，這帶來了延遲、功耗和 擴(kuò)展性的問題?；诋?dāng)前的半導(dǎo)體工藝，片上網(wǎng)絡(luò)以金屬線實(shí)現(xiàn)互連，在規(guī)模增長時(shí)會(huì)使得 片內(nèi)通信的平均跳數(shù)增加，從而導(dǎo)致了更高的通信延遲和功耗。在一些眾核處理器中，片上 網(wǎng)絡(luò)的功耗甚至已經(jīng)占到整個(gè)系統(tǒng)功耗的一半。
[0006] 目前有一種片上網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方案是將包交換與電路交換相結(jié)合。對于小流量的 通信，以包交換網(wǎng)絡(luò)完成；對于大流量的通信，以電路交換網(wǎng)絡(luò)完成，而源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn) 之間的電路交換路徑則需要事先用特定的協(xié)議包建立。
[0007] 電路交換的通信鏈路建立的步驟是：當(dāng)源節(jié)點(diǎn)向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸前，首先 向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送請求包用于建立進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ沛溌?。如果鏈路可用則目的節(jié)點(diǎn)返回 響應(yīng)包，電路交換路徑建立，源節(jié)點(diǎn)以電路交換的方式傳輸數(shù)據(jù)；如鏈路不可用，則等待鏈 路釋放，或嘗試建立其他路徑。
[0008] 在以上方案中，在片上兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間建立專用的電路交換的通信鏈路時(shí)，所消耗 的時(shí)間隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增長而大幅增加，擴(kuò)展性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，及片上網(wǎng)絡(luò)通信鏈路的建立方法，用于 降低建立通信鏈路的耗時(shí)，提高芯片的擴(kuò)展性。
[0010] 本發(fā)明實(shí)施例一方面提供了一種片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括：
[0011] 第一節(jié)點(diǎn)，第二節(jié)點(diǎn)；所述第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)之間存在可直接通信的鏈路；所 述第二節(jié)點(diǎn)是能夠直接或間接建立電路交換鏈路的節(jié)點(diǎn)；數(shù)據(jù)傳輸源為源節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)傳輸 的目標(biāo)為目的節(jié)點(diǎn)，所述源節(jié)點(diǎn)和所述目的節(jié)點(diǎn)均屬于第二節(jié)點(diǎn)；
[0012] 所述第一節(jié)點(diǎn)，用于接收來自源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸請求，所述數(shù)據(jù)傳輸請求攜帶數(shù) 據(jù)傳輸目的節(jié)點(diǎn)的信息；獲取所述源節(jié)點(diǎn)到所述目的節(jié)點(diǎn)之間的路徑經(jīng)過的電路交換鏈路 的可用狀態(tài)信息，并通過所述可用狀態(tài)信息確定所述源節(jié)點(diǎn)到所述目的節(jié)點(diǎn)之間可建立的 目標(biāo)電路交換鏈路；指示所述目標(biāo)電路交換鏈路經(jīng)過的第二節(jié)點(diǎn)，建立用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃?述目標(biāo)電路交換鏈路。
[0013] 結(jié)合一方面的實(shí)現(xiàn)方案，在第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述片上網(wǎng)絡(luò)按照區(qū)域劃 分為至少兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)包含一個(gè)第一節(jié)點(diǎn)；源節(jié)點(diǎn)所在的子網(wǎng)絡(luò)包含的第一 節(jié)點(diǎn)為源第一節(jié)點(diǎn)，所述源節(jié)點(diǎn)所在的子網(wǎng)絡(luò)為源子網(wǎng)絡(luò)；
[0014] 所述第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)之間存在可直接通信的鏈路包括：子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的第二節(jié)點(diǎn) 與該子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的第一節(jié)點(diǎn)存在可直接通信的鏈路；
[0015] 所述第一節(jié)點(diǎn)，用于獲取所述源節(jié)點(diǎn)到所述目的節(jié)點(diǎn)之間的路徑經(jīng)過的電路交 換鏈路的可用狀態(tài)信息包括：所述源第一節(jié)點(diǎn)，用于向其他第一節(jié)點(diǎn)發(fā)送無線廣播信息，使 接收到所述無線廣播信息的第一節(jié)點(diǎn)返回所述源節(jié)點(diǎn)到所述目的節(jié)點(diǎn)之間的路徑經(jīng)過的 電路交換鏈路的可用狀態(tài)信息。
[0016] 結(jié)合一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)方案，在第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所 述第一節(jié)點(diǎn)，用于指示所述目標(biāo)電路交換鏈路經(jīng)過的第二節(jié)點(diǎn)，建立用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃?目標(biāo)電路交換鏈路包括：所述源第一節(jié)點(diǎn)，用于向所述目標(biāo)電路交換鏈路經(jīng)過的所述源子 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的第二節(jié)點(diǎn)發(fā)送指示信息，并通過所述目標(biāo)電路交換鏈路經(jīng)過的子網(wǎng)絡(luò)包含的第一 節(jié)點(diǎn)向所述目標(biāo)電路交換鏈路經(jīng)過的第二節(jié)點(diǎn)發(fā)送指示信息，建立用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃瞿?標(biāo)電路交換鏈路。
[0017] 結(jié)合一方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)方案，在第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所 述第一節(jié)點(diǎn)，用于使接收到所述無線廣播信息的第一節(jié)點(diǎn)返回所述源節(jié)點(diǎn)到所述目的節(jié)點(diǎn) 之間的路徑經(jīng)過的電路交換鏈路的可用狀態(tài)信息，包括：使接收到所述無線廣播信息的第 一節(jié)點(diǎn)，按照所述源節(jié)點(diǎn)到所述目的節(jié)點(diǎn)之間的路徑依次轉(zhuǎn)發(fā)的電路交換鏈路的可用狀態(tài) 信息；所述電路交換鏈路的可用狀態(tài)信息，用于記錄位于子網(wǎng)絡(luò)邊緣并且作為子網(wǎng)絡(luò)的出 口或入口的可用狀態(tài)。
[0018] 結(jié)合一方面的第一種、第二種或者第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)方案，在第四種可 能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一節(jié)點(diǎn)，用于獲取所述源節(jié)點(diǎn)到所述目的節(jié)點(diǎn)之間的路徑經(jīng)過的 電路交換鏈路的可用狀態(tài)信息包括：所述源第一節(jié)點(diǎn)，用于通過最小自適應(yīng)路由算法計(jì)算 所述源節(jié)點(diǎn)到所述目的節(jié)點(diǎn)之間途徑最少子網(wǎng)絡(luò)的路徑；
[0019] 所述源第一節(jié)點(diǎn)，用于向其他第一節(jié)點(diǎn)發(fā)送無線廣播信息包括：所述源第一節(jié)點(diǎn)， 用于向計(jì)算得到的路徑經(jīng)過的子網(wǎng)絡(luò)包含的第一節(jié)點(diǎn)發(fā)送無線廣播信息。
[0020] 結(jié)合一方面的第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)方案，在第五種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所 述第一節(jié)點(diǎn)，用于發(fā)送的所述無線廣播信息內(nèi)包含的信息字段有：查詢電路交換鏈路的可 用狀態(tài)信的指示信息、所述計(jì)算得到的路徑經(jīng)過的子網(wǎng)絡(luò)包含的第一節(jié)點(diǎn)的地址信息、目 的節(jié)點(diǎn)的地址信息。
[0021] 結(jié)合一方面，一方面的第一種、第二種或者第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)方案，在第 六種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)之間存在的可直接通信的鏈路為總線。
[0022] 本發(fā)明實(shí)施例二方面提供了一種片上網(wǎng)絡(luò)通信鏈路的建立方法，包括：
[0023] 第一節(jié)點(diǎn)接收來自源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸請求，所述數(shù)據(jù)傳輸請求攜帶數(shù)據(jù)傳輸目的 節(jié)點(diǎn)的信息；所述源節(jié)點(diǎn)和所述目的節(jié)點(diǎn)均屬于第二節(jié)點(diǎn)，所述第二節(jié)點(diǎn)是能夠直接或間 接建立電路交換鏈路的節(jié)點(diǎn)；所述第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)之間存在可直接通信的鏈路；
[0024] 所述第一節(jié)點(diǎn)獲取所述源節(jié)點(diǎn)到所述目的節(jié)點(diǎn)之間的路徑經(jīng)過的電路交換鏈路 的可用狀態(tài)信息，并通過所述可用狀態(tài)信息確定所述源節(jié)點(diǎn)到所述目的節(jié)點(diǎn)之間可建立的 目標(biāo)電路交換鏈路；
[0025] 所述第一節(jié)點(diǎn)指示所述目標(biāo)電路交換鏈路經(jīng)過的第二節(jié)點(diǎn)，建立用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)?所述目標(biāo)電路交換鏈路。
[0026] 結(jié)合二方面的實(shí)現(xiàn)方案，在第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述片上網(wǎng)絡(luò)按照區(qū)域劃 分為至少兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)包含一個(gè)第一節(jié)點(diǎn)；源節(jié)點(diǎn)所在的子網(wǎng)絡(luò)包含的第一 節(jié)點(diǎn)為源第一節(jié)點(diǎn)，所述源節(jié)點(diǎn)所在的子網(wǎng)絡(luò)為源子網(wǎng)絡(luò)；
[0027] 所述第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)之間存在可直接通信的鏈路包括：子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的第二節(jié)點(diǎn) 與該子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的第一節(jié)點(diǎn)存在可直接通信的鏈路；
[0028] 所述第一節(jié)點(diǎn)獲取所述源節(jié)點(diǎn)到所述目的節(jié)點(diǎn)之間的路徑經(jīng)過的電路交換鏈路 的可用狀態(tài)信息包括：源第一節(jié)點(diǎn)向其他第一節(jié)點(diǎn)發(fā)送無線廣播信息，使接收到所述無線 廣播信息的第一節(jié)點(diǎn)返回所述源節(jié)點(diǎn)到所述目的節(jié)點(diǎn)之間的路徑經(jīng)過的電路交換鏈路的 可用狀態(tài)信息。
[0029] 結(jié)合二方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)方案，在第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所 述第一節(jié)點(diǎn)指示所述目標(biāo)電路交換鏈路經(jīng)過的第二節(jié)點(diǎn)，建立用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃瞿繕?biāo)電 路交換鏈路包括：
[0030] 所述源第一節(jié)點(diǎn)向所述目標(biāo)電路交換鏈路經(jīng)過的所述源子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的第二節(jié)點(diǎn)發(fā) 送指示信息，并通過所述目標(biāo)電路交換鏈路經(jīng)過的子網(wǎng)絡(luò)包含的第一節(jié)點(diǎn)向所述目標(biāo)電路 交換鏈路經(jīng)過的第二節(jié)點(diǎn)發(fā)送指示信息，建立用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃瞿繕?biāo)電路交換鏈路。
[0031] 結(jié)合二方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)方案，在第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所 述使接收到所述無線廣播信息的第一節(jié)點(diǎn)返回所述源節(jié)點(diǎn)到所述目的節(jié)點(diǎn)之間的路徑經(jīng) 過的電路交換鏈路的可用狀態(tài)信息，包括：
[0032] 使接收到所述無線廣播信息的第一節(jié)點(diǎn)，按照所述目的節(jié)點(diǎn)到所述源節(jié)點(diǎn)之間的 路徑依次轉(zhuǎn)發(fā)的電路交換鏈路的可用狀態(tài)信息；所述電路交換鏈路的可用狀態(tài)信息，用于 記錄位于子網(wǎng)絡(luò)邊緣并且作為子網(wǎng)絡(luò)的出口或入口的可用狀態(tài)。
[0033] 結(jié)合二方面的第一種、第二種或者第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)方案，在第四種可 能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一節(jié)點(diǎn)獲取所述源節(jié)點(diǎn)到所述目的節(jié)點(diǎn)之間的路徑經(jīng)過的電路交 換鏈路的可用狀態(tài)信息包括：
[0034] 所述源第一節(jié)點(diǎn)通過最小自適應(yīng)路由算法計(jì)算所述源節(jié)點(diǎn)到所述目的節(jié)點(diǎn)之間 途徑最少子網(wǎng)絡(luò)的路徑；
[0035] 所述源第一節(jié)點(diǎn)向其他第一節(jié)點(diǎn)發(fā)送無線廣播信息包括：所述源第一節(jié)點(diǎn)向計(jì)算 得到的路徑經(jīng)過的子網(wǎng)絡(luò)包含的第一節(jié)點(diǎn)發(fā)送無線廣播信息。<