一种共享动态缓冲的MPNoC路由器制造技术

本发明专利技术公开了一种共享动态缓冲的MPNoC路由器，其在多通道共享动态缓冲路由器中引入基于链表的方式对缓冲区进行统一管理，虚拟通道VC通过数据报文长短分配缓冲区容量，通过计算每条报文的长度灵活实现缓冲区的分配与释放，能够确保任何通信要求的输入通道使用所有的缓冲资源。本发明专利技术能根据每个通道运行时的通信率动态分配缓冲区，实现路由器中所有通道的缓存资源相互共享，降低信息传输拥塞状况。实验结果表明，共享动态缓冲路由器结构对降低路由器内存开销，降低功率消耗和减少信息延迟等具有良好效果，有利于提高网络各方面性能。

A MPNoC router with shared dynamic buffers

The invention discloses a MPNoC router sharing dynamic buffers, which introduces a chain based approach to the unified management of buffers in a multi-channel shared dynamic buffer router. The virtual channel VC assigns buffer capacity through the length of the data message, and flexibly realizes the allocation and release of the buffer zone by calculating the length of each message. It ensures that all input channels of any communication request use all buffering resources. The invention can dynamically allocate the buffer according to the communication rate of each channel, and realize the sharing of the caching resources of all channels in the router, and reduce the congestion of information transmission. The experimental results show that the shared dynamic buffer router has a good effect on reducing the memory overhead of the router, reducing the power consumption and reducing the information delay. It is beneficial to improve the performance of all aspects of the network.

【技术实现步骤摘要】
一种共享动态缓冲的MPNoC路由器
本专利技术涉及一种共享动态缓冲的MPNoC路由器。
技术介绍
随着科技的迅猛发展，对嵌入式计算机提出了越来越高的性能需求。片上网络(Network-on-Chip，NoC)技术解决了集成在单个芯片上的存储器、微处理器、输入/输出设备等硬件单元之间的数据通信问题。但当前的片上网络系统却存在严重的资源受限问题，主要归结为片上路由器缓冲资源利用率低，网络信息拥塞率高。为了更好构建资源节约型和高性能的片上系统，就需要更加注重缓冲区的结构设计。为了使系统网络获得较高的吞吐率和容错效果，从而高效地利用缓冲资源，在分析静态多通道路由器结构的基础上，提出一种新的多输出通道的动态缓冲结构的路由器。该路由器能够根据网络的通信需求，对缓冲资源进行动态调整，从而真正解决片上路由器资源利用率的问题。片上路由器是NoC的最基本的组成部分，高集成和强运算能力的MPSoC系统强调互连线延迟、带宽、资源利用率和吞吐量等方面的问题。为了提高路由器缓冲利用效率和获得高性能，目前大量研究关注虚通道(VirtualChannel，VC)技术和虫孔交换技术。但高流量情况下的的VC分配和VC仲裁使网络物理缓冲区分配变得复杂，并且大量的VC增加数据传输延迟。静态对称缓冲结构资源利用率低。本专利技术在分析静态分配缓冲资源情况下，设计了一种动态充分利用缓冲资源的共享动态Buffer的MPNoC路由器。传统路由器架构大多数为固定和静态的结构，缺乏灵活性.传统静态路由器结构如图1所示。链路控制单元负责路由器中传输数据流的调节；通过路由器的每个输入端口的FIFO关联控制逻辑中的决策单元，在既定路由算法下确定数据包的转发。通过路由器的每个输出端口的仲裁器控制信号和发送数据包。在此结构中每个端口固定了缓冲区容量，VC通道之间不能进行缓冲区交叉使用。实际使用中网络路由的缓冲区资源不能被交叉使用，严重降低了资源使用效率。因此设计一种共享动态Buffer的MPNoC路由器能够解决上述方案存在的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种共享动态缓冲的MPNoC路由器。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：本专利技术提供一种共享动态缓冲的MPNoC路由器，在多通道共享动态缓冲路由器中引入基于链表的方式对缓冲区进行统一管理，虚拟通道VC通过数据报文长短分配缓冲区容量，通过计算每条报文的长度灵活实现缓冲区的分配与释放，能够确保任何通信要求的输入通道使用所有的缓冲资源。进一步地，当一条数据报文到达路由器输入端口时，根据上一节点输出端口确定当前数据报文输入端口，通过提前路由计算与报文解析，及早明确报文到达下一跳后的输出端口，从整体上简化了报文在路由器内部的多路选择仲裁过程。进一步地，根据多通道原理分配N-1个通道虚通道，这N-1个通道根据报文微片流入/流出状况动态申请缓冲资源的使用。进一步地，及时更新链表队列保存有效微片数，确定报文长度及所需缓冲区最大空间，路由器通过这种方法可有效提高NoC的服务质量。本专利技术所达到的有益效果是：为了解决传统路由器缓冲资源相互独立，每个通道资源利用不充分或出现拥塞的情况下，本专利技术设计了一种共享动态缓冲路由器结构。该路由器能根据每个通道运行时的通信率动态分配缓冲区，实现路由器中所有通道的缓存资源相互共享，降低信息传输拥塞状况。实验结果表明，共享动态缓冲路由器结构对降低路由器内存开销，降低功率消耗和减少信息延迟等具有良好效果，有利于提高网络各方面性能。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是传统多通道路由器结构；图2是多通道共享动态缓冲路由器结构图；图3是动态缓冲区分配链表结构图；图4是静态路由器和动态缓冲路由器内存开销比较图；图5是静态路由器和动态缓冲路由器功耗比较图；图6是静态路由器和动态缓冲路由器数据包传输率比较；图7是两种流量模式下不同路由器平均信息延迟曲线；其中，图7a是均匀流量模式，图7b是热点流量模式。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。共享动态缓冲路由器结构是通过集中管理缓冲区资源，根据通道的流量情况动态分配缓冲区资源。多通道共享动态缓冲路由器结构图如图2所示。在多通道共享动态缓冲路由器中引入基于链表的方式对缓冲区进行统一管理，虚拟通道VC通过数据报文长短分配缓冲区容量，通过计算每条报文的长度灵活实现缓冲区的分配与释放。这种共享动态缓冲路由结构能够确保任何通信要求的输入通道使用所有的缓冲资源。当一条数据报文到达路由器输入端口时，根据上一节点输出端口确定当前数据报文输入端口，通过提前路由计算与报文解析，及早明确报文到达下一跳后的输出端口，从整体上简化了报文在路由器内部的多路选择仲裁过程。开关分配有效减少VC仲裁的复杂度。动态缓冲区链表结构如图3所示。上述原理可描述为：根多通道原理分配N-1个通道虚通道，这N-1个通道根据报文微片流入/流出状况动态申请缓冲资源的使用。同时及时更新链表队列保存有效微片数，确定报文长度及所需缓冲区最大空间，路由器通过这种方法可有效提高NoC的服务质量。实验验证及结果分析在VHDL语言的寄存器传输级(registertransferlevel，RTL)和S2C公司的dualvirtex-5330module现场可编程门阵列(FPGA)实现片上网络原型系统。多通道共享动态缓冲路由器的硬件开销是比较低的。实验中对不同大小的动态缓冲区，用S2C功耗分析工具测量了共享动态缓冲路由器的功耗。比较分析了静态路由器和共享动态缓冲路由器的实验结果。如图4所示。其中横坐标表示通道宽度和缓冲区大小，纵坐标表示内存开销。每组中左侧柱表示多通道静态路由器，右侧柱表示多通道动态缓冲路由器；实验结果显示共享动态缓冲路由器开销明显低于静态路由器开销。共享动态缓冲路由器中高效的内存使用取决于其内存结构，它的内存能根据流量的大小动态调整缓冲资源，实现有效分配。因此，当缓冲区的大小增加时，静态路由器的局限性，导致其内存开销明显增大。系统功率消耗也是衡量路由器工作效率的因素之一。从图5比较可以得出，静态路由器功率消耗也比共享动态缓冲路由器的功率消耗高；每组中左侧柱表示多通道静态路由器，右侧柱表示多通道动态缓冲路由器。分别与其内存消耗存在一致性，静态路由器比共享动态缓冲路由器使用了更多的触发器。因此，当缓冲区的大小增加时，共享动态缓冲路由器的功率消耗也更低。为了进一步检验共享动态缓冲路由器体系结构的工作效率，在随机均匀流通信模式下，将它与静态路由器传输数据包服务质量进行仿真分析。实验设置如下所示：搭建16节点的2D-Mesh不同路由器拓扑结构网络，8微片缓冲大小。配合使用虫洞交换技术、XY路由算法进行实验仿真。图6给出了NoC中使用静态路由器和共享动态缓冲路由器的数据包传输率曲线图。从图6可以得出，静态路由器NoC服务质量明显低于共享动态缓冲路由器，当静态路由器缓冲区满时，数据包会阻塞。共享动态缓冲路由器由于使用了高度灵活的缓冲区链表管理方式，能够最大限度地使用路由器中的所有缓冲资源本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种共享动态缓冲的MPNoC路由器，其特征在于，在多通道共享动态缓冲路由器中引入基于链表的方式对缓冲区进行统一管理，虚拟通道VC通过数据报文长短分配缓冲区容量，通过计算每条报文的长度灵活实现缓冲区的分配与释放，能够确保任何通信要求的输入通道使用所有的缓冲资源。

【技术特征摘要】
1.一种共享动态缓冲的MPNoC路由器，其特征在于，在多通道共享动态缓冲路由器中引入基于链表的方式对缓冲区进行统一管理，虚拟通道VC通过数据报文长短分配缓冲区容量，通过计算每条报文的长度灵活实现缓冲区的分配与释放，能够确保任何通信要求的输入通道使用所有的缓冲资源。2.根据权利要求1所述的一种共享动态缓冲的MPNoC路由器，其特征在于，当一条数据报文到达路由器输入端口时，根据上一节点输出端口确定当前数据报文输入端口，通过提前路由计算与报文解析...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄力，邱志宏，黎恒，
申请(专利权)人：黄力，
类型：发明
国别省市：广西,45