一种处理多播流量死锁问题的片上网络及方法技术

本发明专利技术公开了一种处理多播流量死锁问题的片上网络及方法，其中片上网络包括路由器、资源节点、网络接口以及链路；路由器包括输入模块、虚通道仲裁模块、死锁检测模块、路由计算模块、输入输出接口模块、轮询仲裁器模块和交叉开关模块；死锁检测模块用于对输入模块内的数据包进行死锁检测和死锁恢复；死锁恢复机制为检测到死锁发生时，将发生死锁的多播流量先往路由器部分空闲的输出端口输出，以及释放对这些输出端口的占用权，以打破死锁的状态。本发明专利技术基于虫孔流控的多播流量传输机制配置时产生的死锁问题，通过改变发生死锁的多播流量的传输路径来恢复，提高多播流量跑通概率，可广泛应用于片上网络通信技术领域。广泛应用于片上网络通信技术领域。广泛应用于片上网络通信技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种处理多播流量死锁问题的片上网络及方法


[0001]本专利技术涉及片上网络通信
，尤其涉及一种处理多播流量死锁问题的片上网络及方法。

技术介绍

[0002]随着微电子技术的发展以及摩尔定律的延伸，晶体管的尺寸越来越小、芯片制程越来越短、芯片集成度越来越高，随之而来的是芯片上功能单元性能的大幅提升以及对数据交互系统的性能的更高要求。具有低功耗、面积小、高集成度等优点的片上系统(System on Chip，SoC)已经成为超大规模集成电路设计的主流方向，然而传统的基于总线的互连技术已经难以满足其性能要求，在这样的背景下，片上网络(Network on Chip，NoC)应运而生。
[0003]相比于性能、可扩展性、并行性相对较差的总线互连技术，片上网络互连技术具有更好的性能、可扩展性和并行性。随着多核处理器中集成的处理器核的数目越来越多，片上网络已经逐渐成为片上多核处理器通讯的首选架构。
[0004]片上网络的基本结构单元包含路由器、资源节点、网络接口以及链路，根据需求的规模可调整其规模的大小。路由器是片上网络的核心结构单元，具有接收、存储和转发数据包的功能。资源节点是片上网络中能进行数据处理、产生数据包、接收数据包的结构单元，其与网络接口直接相连。网络接口是片上网络中协调资源节点与路由器互连网络进行传输的结构单元，具有编码数据包、解析数据包和协议转换的功能。链路是片上网络中各结构单元间进行通讯的物理通道，将各个路由器进行互连从而形成片上通讯网络。
[0005]片上网络信息的传输是以数据包为基本单元进行传输的，支持以“包”为单位进行传输的片上网络称为“包交换”网络。每个数据包包含若干个微片，微片一般有3种类型，即头微片、体微片和尾微片。其中，头微片一般包含数据包路由的相关信息，如：源地址、目的地址、优先级、传输类型(单播或多播)等，体微片和尾微片一般包含具体的数据内容。
[0006]片上网络的性能还受其流控机制的影响，所谓的流控机制，即数据包在路由器与路由器间转发的方式。常见的流控机制有虚直通流控机制、虫孔流控机制等。虚直通流控机制是指当下一级路由的缓存中含有足够的缓存空间接收上一级路由整个数据包时，上一级路由才一次性将整个数据包转发给下一级路由。虫孔流控机制是指当下一级路由的缓存中能存储上一级路由的一个微片时，上一级路由就将该微片转发给下一级路由。相比于虚直通流控机制，虫孔流控机制下的虚通道利用率更高，但该流控机制下的多播传输也容易发生死锁问题，即使按XY维序算法的方式配置多播流量，也有可能发生死锁问题。
[0007]根据系统任务的不同需求，片上网络的通信方式包含单播通信和多播通信两种。多播通信通过减少数据包传输的总跳数来提高数据传输的效率，但片上网络的多播通信同样面临着一些问题：当网络中的多播流量较为复杂时，多播包间的竞争容易产生死锁问题，从而导致数据包的丢失以及整个片上网络的运转异常。因而有必要设计一种既能支持多播又可处理多播死锁问题的片上网络。
[0008]术语解释：
[0009]FWFT：First Word Fall Through。

技术实现思路

[0010]为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本专利技术的目的在于提供一种处理多播流量死锁问题的片上网络及方法。
[0011]本专利技术所采用的技术方案是：
[0012]一种处理多播流量死锁问题的片上网络，包括路由器、资源节点、网络接口以及链路；
[0013]所述路由器包括输入模块、虚通道仲裁模块、死锁检测模块、路由计算模块、输入输出接口模块、轮询仲裁器模块和交叉开关模块；
[0014]所述死锁检测模块用于对输入模块内的数据包进行死锁检测和死锁恢复；
[0015]其中，死锁恢复机制为检测到死锁发生时，将发生死锁的多播流量先往路由器部分空闲的输出端口输出，以及释放对这些输出端口的占用权，以打破死锁的状态。
[0016]进一步，死锁情况至少包括以下之一：
[0017]同一所述路由器内不同输入端口的多播包，在所有多播输出端口都能输出才输出的多播机制下，分别仲裁占据了两个输出端口的一条支路而导致的死锁情况；或
[0018]多播流量部分同时输出到多个输出端口时，部分空闲的输出端口受其余堵塞的输出端口影响无法接收数据包从而导致的死锁情况。
[0019]进一步，所述输入模块包括输入接口模块、缓存模块和输出接口模块；
[0020]所述输入接口模块用于实现状态机，包含Idle和Tran两个状态；
[0021]所述缓存模块由四个FWFT模块组成，且四个FWFT对应四个优先级，所述FWFT模块增加了只读不取和根据输入信号读指针变化若干值但数据不取出的功能；
[0022]所述输出接口模块用于根据虚通道仲裁信息、死锁检测模块和输入输出接口模块输入的读信号读取缓存模块中对应优先级的FWFT模块并输出到下级模块。
[0023]进一步，所述虚通道仲裁模块用于根据固定优先级仲裁的方法仲裁某一个输入端口对应虚通道的数据输出，每次从最高优先级的虚通道开始仲裁一个虚通道进行输出。
[0024]进一步，所述路由计算模块用于计算每个输入端口的输入模块内的数据所要输出的方向，单播流量采用XY维序算法，多播流量采用查找表方法。
[0025]进一步，所述输入输出接口模块用于协调控制读取输入模块的数据转发到输出端口，接收来自死锁检测模块、路由计算模块、输入模块和交叉开关模块的信号。
[0026]进一步，所述轮询仲裁器模块用于基于轮询仲裁的原则对五个输入端口的请求仲裁信号进行处理并将输出端口占用权授予给某个输入端口。
[0027]进一步，所述交叉开关模块用于根据每个输出端口的轮询仲裁器模块的仲裁结果搭建从某个输入端口到某个输出端口的数据通路，将输入端口的数据转发到对应的输出端口，并将输出端口的仲裁信息及空闲、拥堵信息反馈给输入输出接口模块。
[0028]进一步，所述片上网络以通信网络左上角路由节点为原点，水平向右为x轴正方向，竖直向下为y轴正方向；
[0029]所述路由器含有东、西、南、北和本地五个端口，每个路由器和网络接口通过本地
端口相连，每个网络接口和一个资源节点相连，每个路由器通过东、西、南、北端口分别和四个方向相邻的路由器通过链路相连，形成二维网络。
[0030]本专利技术所采用的另一技术方案是：
[0031]一种处理多播流量死锁问题的方法，包括以下步骤：
[0032]每个时钟周期检测输入模块输出的数据，若同样的数据持续超过时间阈值，且该数据的部分输出端口空闲，则输出死锁恢复信号给输入模块；
[0033]当检测到死锁恢复信号时，输入输出接口模块启动死锁恢复机制，控制输入模块将缓存中的多播数据包输出到空闲输出端口并释放对这些端口的占用权。
[0034]本专利技术的有益效果是：本专利技术基于虫孔流控的多播流量传输机制配置时产生的死锁问题，通过改变发生死锁的多播流量的传输路径本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种处理多播流量死锁问题的片上网络，其特征在于，包括路由器、资源节点、网络接口以及链路；所述路由器包括输入模块、虚通道仲裁模块、死锁检测模块、路由计算模块、输入输出接口模块、轮询仲裁器模块和交叉开关模块；所述死锁检测模块用于对输入模块内的数据包进行死锁检测和死锁恢复；其中，死锁恢复机制为检测到死锁发生时，将发生死锁的多播流量先往路由器部分空闲的输出端口输出，以及释放对这些输出端口的占用权，以打破死锁的状态。2.根据权利要求1所述的一种处理多播流量死锁问题的片上网络，其特征在于，死锁情况至少包括以下之一：同一所述路由器内不同输入端口的多播包，在所有多播输出端口都能输出才输出的多播机制下，分别仲裁占据了两个输出端口的一条支路而导致的死锁情况；或多播流量部分同时输出到多个输出端口时，部分空闲的输出端口受其余堵塞的输出端口影响无法接收数据包从而导致的死锁情况。3.根据权利要求1所述的一种处理多播流量死锁问题的片上网络，其特征在于，所述输入模块包括输入接口模块、缓存模块和输出接口模块；所述输入接口模块用于实现状态机，包含Idle和Tran两个状态；所述缓存模块由四个FWFT模块组成，且四个FWFT对应四个优先级，所述FWFT模块增加了只读不取和根据输入信号读指针变化若干值但数据不取出的功能；所述输出接口模块用于根据虚通道仲裁信息、死锁检测模块和输入输出接口模块输入的读信号读取缓存模块中对应优先级的FWFT模块并输出到下级模块。4.根据权利要求1所述的一种处理多播流量死锁问题的片上网络，其特征在于，所述虚通道仲裁模块用于根据固定优先级仲裁的方法仲裁输入端口对应虚通道的数据输出，每次从最高优先级的虚通道开始仲裁一个虚通道进行输出。5.根据权利要求1所述的一种处理多播流量死锁问题的片上网络，其特征在于，所述路由计算模块用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李润峰，王军，郑焕亮，邓慧鹏，虞志益，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：