支持异步传输的阵列处理系统及其时钟管理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种支持异步传输的阵列处理系统，包括互联的至少一对数据发送方和数据接收方，数据发送方和数据接收方都分别包括为其自身提供时钟的时钟电路，数据发送方和数据接收方之间按照异步通信方式收发数据。本发明专利技术同时还公开了一种用于该阵列处理系统的时钟管理方法。通过对阵列处理系统中的各处理单元和通信节点设置不同的时钟域，支持全局异步局部同步的时钟方案，实现跨时钟域的异步数据传输，各处理单元和通信节点可按照与其性能和任务相适应的时钟频率工作，达到降低功耗的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路设计领域，尤其是一种支持异步传输的阵列处理 系统及其时钟管理方法。
技术介绍
阵列处理系统是为了应对任务处理性能的不断提高和任务算法的快 速变化而出现的，片上网络互联的处理器阵列具有更加灵活的资源调度能 力。通过并行的执行程序，处理能力得以提高。在阵列系统和片上网络的 设计中，功耗是非常突出的设计挑战。这些芯片系统的设计规模非常大， 在阵列处理能力提高的同时，功耗的管理成为了设计的难点，已有的同步 时钟方案难以控制快速增长的功耗。尤其在深亚微米设计中，高频时钟产 生的功耗占很大的比重。在一些典型的深亚微米设计中时钟的功耗占设计总功耗的40%-60%。对于全同步的超大规模设计，时钟传播分配电路需要消耗大量功耗和电路面积，给设计带来困难。
技术实现思路
本专利技术的主要目的就是解决现有技术中的问题，提供一种支持异步传 输的阵列处理系统，它能够有效降低集成电路功耗。本专利技术的另一目的就是提供一种全局异步局部同步的时钟管理方法， 用于该阵列处理系统，能实现有效的功耗控制。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案一种支持异步传输的阵列处理系统，包括互联的至少一对数据发送 方和数据接收方，所述数据发送方和数据接收方都分别包括为其自身提供 时钟的时钟电路，所述数据发送方和数据接收方之间按照异步通信方式收 发数据。优选地所述数据接收方包括数据输入缓存装置，所述数据输入缓存装置的数 据写入端采用所述数据发送方的时钟，所述数据输入缓存装置的数据读出 端采用所述数据接收方的时钟。所述数据发送方也包括数据输入缓存装置，所述时钟电路包括时钟发生器和任务强度检测模块，所述任务强度检测模块的输出端与所述时钟发 生器相连，为所述时钟发生器提供时钟配置信息，控制所述时钟发生器的 工作。所述任务强度检测模块的检测端至少与其所在方的数据输入缓存装 置相连，用于检测所述数据输入缓存装置的缓存状态，并根据检测结果向 所述时钟发生器提供时钟配置信息，控制所述时钟发生器的时钟频率。所述缓存状态选自下列内容缓存空、缓存将空、缓存半满、缓存将 满、缓存满、特定数目的存储状态阈值以及缓存中的真实数据量。所述数据发送方的任务强度检测模块的检测端分别与所述数据接收 方的数据输入缓存装置的满信号输出端、恢复信号输出端和所述数据发送 方的数据输入缓存装置的空信号输出端、数据负载强度信号输出端相连； 所述任务强度检测模块在检测到所述满信号时，控制所述数据发送方的时 钟发生器停止工作；所述任务强度检测模块在检测到所述恢复信号时，控 制所述数据发送方的时钟发生器重新工作；所述任务强度检测模块在检测 到所述空信号时，控制所述数据发送方的时钟发生器停止工作；所述任务 强度检测模块在检测到特定强度的数据负载时，根据负载强度动态调整时 钟发生器的时钟频率。所述数据输入缓存装置为异步先入先出缓存器。所述数据发送方为处理单元或通信节点，所述数据接收方为处理单元 或通信节点。一种全局异步局部同步的时钟管理方法，用于支持异步传输的阵列处 理系统，包括如下步骤Al、为阵列处理系统中的各个处理单元配置独立的时钟域；Bl、各个处理单元按照其各自所属时钟域的时钟运行，且所述处理单 元之间按照异步通信方式收发数据。优选地所述步骤Al之后还包括对各个处理单元的时钟进行调整的过程，其 包括以下步骤All、对各个处理单元的当前任务强度进行检测； A12、根据检测结果生成时钟配置信息；A13、根据相应的时钟配置信息调整处理单元的时钟振荡频率。 各处理单元设置有数据输入缓存装置，所述步骤A11中，所述当前任务强度的检测通过读取和判断所述数据输入缓存的缓存状态来实现。本专利技术有益的技术效果是本专利技术中，各处理单元均设置了提供独立时钟的时钟电路并按照其独 立时钟运行，各处理单元之间按照异步通信方式收发数据，各处理单元内 部工作在同一时钟频率下，同时，还对连接处理单元的通信节点设置提供 独立时钟的时钟电路，通过对各处理单元和通信节点设置不同的时钟域， 本专利技术阵列处理系统支持全局异步局部同步的时钟方案，这样，各处理单 元和通信节点均可按照与其工作任务相适应的时钟频率进行工作，从而达 到有效降低功耗的目的。进一步的，各处理单元、通信节点通过先入先出缓存器接收、传递数 据，实现了跨时钟域的异步数据传输，而且，通过对先入先出缓存器的缓 存状态进行检测，可以判断出本地单元当前的任务强度，从而可适时对时 钟进行启停控制或振荡频率调整，例如当本地单元接收数据的状态为缓存 空时，可以关闭时钟，使本地单元进入休眠状态，待缓存重新收到数据后 再开启，从而能更加有效地降低功耗。 附图说明图1为本专利技术多时钟域异步传输的阵列处理系统一种实施例的架构图2为一种实施例中的处理单元结构示意图； 图3为一种实施例中的通信节点结构示意图； 图4为一种实施例中的数据传输路径示意图5为一种实施例中基于先入先出缓存器的跨时钟域传输示意图； 图6为一种实施例中处理单元与外部通信关系示意图； 图7为一种实施例中任务检测模块关闭时钟的过程示意图； 图8为一种实施例中的先入先出缓存器结构示意图； 图9为一种实施例中的时钟振荡器的实现方式示意图； 图10为一种实施例中直接相连的两个处理单元的通信示意图； 图11为一种实施例中两个处理单元之间经过若干个通信节点的通信 示意图12为本专利技术时钟管理方法一种实施例的流程图。 具体实施例方式本专利技术的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。 阵列处理系统中包括互联的至少一对数据发送方和数据接收方，数据发送方和数据接收方是相对而言，数据发送方是指本次数据传输中发出数据的一方，数据接收方是指本次数据传输中接收数据的一方。因此，在这 次数据传输中作为数据发送方的，可能在另一次数据传输中就是数据接收 方，反之亦然。在阵列处理系统中，数据发送方可以是主要承载运算功能 的处理单元，也可以是主要承载处理单元之间的数据传输的通信节点，同 理，数据接收方可以是处理单元，也可以是通信节点。在数据传输中，作 为数据发送源头的处理单元，称为源处理单元，作为数据发送目的地的处 理单元，称为目的处理器单元。请参考图1，阵列处理系统包括多个处理单元和通信节点，各处理单 元和通信节点通过互联总线相互连接构成一通信网络。其中，处理单元主 要承载运算功能，通信节点则主要承载处理单元之间的数据传输功能。在 一次数据传输过程中，如果源处理单元与目的处理器单元直接相连，数据 直接从源处理单元传送到目的处理单元，如果源处理单元与目的处理器单 元通过一个或多个通信节点相连，则发送出的数据通过各通信节点选择合 适的路径，经一次或多次转发后送至目的处理器单元。不同的处理单元根据其性能和需要处理的任务可能需要的适当时钟 不同，而将处理单元与目的处理器单元以及通信节点配置统一的时钟域， 就会增加不必要的功耗。在本实施例中，提供一种单元内部采用同步、单 元之间采用异步数据传输的阵列处理系统。请参考图1至图3，其中，图2展示了一个处理单元的内部结构，图 3展示了一个通信节点的内部结构，处理单元和通信节点均设置有提供独 立时钟的时钟电路。各处理单元和通信节点均按照其独立时钟工作在专有 时钟域内，如图l所示的阵列系统中的三个处理单元的时钟域l、 2、 3以 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种支持异步传输的阵列处理系统，包括互联的至少一对数据发送方和数据接收方，其特征在于，所述数据发送方和数据接收方都分别包括为其自身提供时钟的时钟电路，所述数据发送方和数据接收方之间按照异步通信方式收发数据。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴鹏，王新安，魏来，刘彦亮，黄维，周丹，叶兆华，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]