无线片上网络中流量自适应的可重构无线节点及重构方法技术

本发明专利技术公开了一种无线片上网络中流量自适应的可重构无线节点及重构方法，是利用设计的多路复用器，以根据历史流量信息周期性的重构无线节点；通过控制模块的设计，以减少重构所带来的性能开销。本发明专利技术使用了较小的额外面积和功耗开销，增加了无线接口的灵活性，且在不同的流量模式下，降低了数据包的平均传输延迟，提高了饱和吞吐量，从而有效提升了网络的性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
无线片上网络中流量自适应的可重构无线节点及重构方法


[0001]本专利技术属于集成电路芯片设计的应用
，特别是一种无线片上网络中流量自适应的可重构无线节点及重构方法。

技术介绍

[0002]随着集成电路制造技术的不断发展，片上可集成的晶体管尺寸不断缩小，从而能够在单个芯片上实现更多的功能模块。这些模块之间为了完成某一作业需要分工协作，从而产生了大量的片上通信流量。因此我们需要为芯片内部设计一个可靠且高效的通信架构。传统的总线通信架构由于其灵活性低、高冲突率和并发性差的原因，使它已经不再能满足现代的片上通信需求。21世纪初，部分西方学者借鉴宏观计算机网络分组传输原理并将其应用到芯片上，称该技术为NoC(Network
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on
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Chip)。这一技术将原本基于连接的数据传输升级为基于分组的数据包传输，从而在同一时刻能够使不同通信节点对之间并发传输数据。图1是NoC的基础架构，它主要由四部分组成，分别是功能模块(FunctionModule)、网络接口(NetworkInterface)、片上路由器和有线链路组成。功能模块主要包括片上内存、计算单元等部件。网络接口的主要作用是连接片上路由器和功能模块并对来自双方的数据进行缓存和加工。片上路由器用来将数据包从源FM传输至目的FM，从而实现不同FM间的信息交互。
[0003]在NoC中通信延迟主要由链路延迟和路由器延迟两部分组成。因为数据包的源FM和目的FM相距越远，它所经过的中间路由器和链路就会越多，所以对于进行长距离多跳传输的数据包，它有着很高的端到端延迟。而且随着片上集成核心的数目不断增多，上述问题会愈发严重。得益于天线制造技术的不断进步，可以在芯片上集成小型无线收发组件，例如mm
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wave、CNT等。WiNoC通过在片上相距较远的核心之间布置无线收发组件来为它们提供快捷无线链路以解决上述问题。因为片上集成天线的面积和功耗开销都是比较大的，所以需要充分利用它。
[0004]一般为片上网络配置无线接口分为两步，步骤一是选择哪些片上路由器直连到无线接口，步骤二是为无线接口分配无线信道。在现有方案中，步骤一通常会选择固定的一个或几个片上路由器，而且在整个运行过程中不发生变化。步骤二已有基于历史流量信息的分配策略，它采用了CMesh的基础网络架构，片上共有64个FM和16个路由器。如图2所示，每个路由器连接四个FM且配备了六个无线接收器和四个无线发送器Tij(i和j分别可取0,1,2,3)。六个无线接收器用于接收三个外部子网发送来的数据。四个无线发送器中有三个固定发送器和一个可变发送器。固定发送器用于在固定两个子网之间传输数据。例如，固定发送器T23用于子网2向子网3发送数据。可变发送器根据历史流量状态自适应调整它的目的子网。例如，可变发送器T0j可根据历史流量状态周期性的改变为T01、T02或T03。但是，它的技术要求、面积开销和功耗都是比较大的。虽然A
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WiNoC文中通过阐述无线技术的发展趋势，在理论上论述了工业实现的可能性，但是在现有的技术条件下并不能实现。以上已有技术存在以下问题：一是可扩展性问题，随着网络规模的扩张，不可能为每个路由器配备无线
收发组件；二是交叉开关复杂度问题，单个路由器连接的FM越多，交叉开关复杂度呈平方提升；三是无线通信的平行性问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了避免上述现有技术中所存在的不足之处，提供一种无线片上网络中流量自适应的可重构无线节点及重构方法，以期能使用较小的额外面积和功耗开销，增加无线接口的灵活性，且在不同的流量模式下，降低数据包的平均传输延迟，提高饱和吞吐量，从而有效提升网络的性能。
[0006]本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：
[0007]本专利技术一种无线片上网络中流量自适应的可重构无线节点，是应用于无线片上网络的单个子网中；所述单个子网还包括若干个片上路由器；其特点是，所述可重构无线节点包括：N个多路复用器、控制模块、N对发送/接收缓冲区；
[0008]所述控制模块包括：比较模块、分配模块、N个MAX寄存器、N个OUT_old寄存器、N个OUT_new寄存器、N个Available寄存器；
[0009]初始化周期数t＝1；所述N个OUT_old寄存器和N个OUT_new寄存器均存储有初始第t
‑
1个周期的路由器编号；
[0010]所述可重构无线节点中的控制模块在第t个周期内接收子网内其它片上路由器传入的流量数据，并将通过所述比较模块从第t个周期内传入的若干个流量数据中筛选出最大的N个流量数据，并将其对应的片上路由器编号按照从大到小的顺序依次赋值给N个MAX寄存器；
[0011]所述分配模块获取所述N个MAX寄存器在第t个周期存储的数据后，将第i个MAX_i寄存器的数据分别与N个OUT_old寄存器中存储的第t
‑
1个周期的数据一一进行比较，若找到相同的数据，则保留OUT_old寄存器和OUT_new寄存器中相应位置的数据，否则，将第i个MAX寄存器的数据存储到第i个OUT_new_i寄存器中；i＝1,2
…
,N
‑
1,N；
[0012]第i个Available_i寄存器判断是否满足重构条件，若满足，则将第i个OUT_new_i寄存器的数据赋值第i个OUT_old寄存器，并将第i个OUT_old_i寄存器的数据作为第i个多路复用器的选择信号，从而选通第i个OUT_old_i的寄存器中存储的编号所对应的片上路由器，从而实现无线节点的重构；否则，不改变i个多路复用器的选通状态；其中，所述重构条件为第i个发送缓冲区为空或缓冲区头部微片类型为头微片，且第i个接收缓冲区为空或缓冲区尾部微片类型为尾微片。
[0013]本专利技术所述的无线片上网络中流量自适应的可重构无线节点的特点也在于，所述流量数据是按如下方式进行统计：
[0014]片上路由器统计在第t个周期内在自身子网络中注入或消耗的潜在无线数据包的数量，并用4bit表示；所述潜在无线数据包是指数据包的源节点和目的节点不在同一子网中，且节点间距离大于跳数阈值。
[0015]本专利技术一种无线片上网络中流量自适应的可重构无线节点的重构方法，是应用于由一个无线节点和若干个片上路由器构成的无线片上网络单个子网中，其特点是，所述重构方法是按如下步骤进行的：
[0016]步骤1、定义当前周期数为t，并初始化t＝1；且第t个周期内包含N
×
T个子周期；N
表示子周期的数量，T表示子周期的时长；
[0017]令所述无线节点中的N个OUT_old寄存器和N个OUT_new寄存器均存储有初始第t
‑
1个周期的路由器编号；
[0018]步骤2、在第t个周期内，单个子网内的所有片上路由器统计自身在本地子网络中注入或消耗的潜在无线数据包的数量并作为自身的流量数据；
[0019]若当前子周期数是T的倍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线片上网络中流量自适应的可重构无线节点，是应用于无线片上网络的单个子网中；所述单个子网还包括若干个片上路由器；其特征是，所述可重构无线节点包括：N个多路复用器、控制模块、N对发送/接收缓冲区；所述控制模块包括：比较模块、分配模块、N个MAX寄存器、N个OUT_old寄存器、N个OUT_new寄存器、N个Available寄存器；初始化周期数t＝1；所述N个OUT_old寄存器和N个OUT_new寄存器均存储有初始第t
‑
1个周期的路由器编号；所述可重构无线节点中的控制模块在第t个周期内接收子网内其它片上路由器传入的流量数据，并将通过所述比较模块从第t个周期内传入的若干个流量数据中筛选出最大的N个流量数据，并将其对应的片上路由器编号按照从大到小的顺序依次赋值给N个MAX寄存器；所述分配模块获取所述N个MAX寄存器在第t个周期存储的数据后，将第i个MAX_i寄存器的数据分别与N个OUT_old寄存器中存储的第t
‑
1个周期的数据一一进行比较，若找到相同的数据，则保留OUT_old寄存器和OUT_new寄存器中相应位置的数据，否则，将第i个MAX寄存器的数据存储到第i个OUT_new_i寄存器中；i＝1,2
…
,N
‑
1,N；第i个Available_i寄存器判断是否满足重构条件，若满足，则将第i个OUT_new_i寄存器的数据赋值第i个OUT_old寄存器，并将第i个OUT_old_i寄存器的数据作为第i个多路复用器的选择信号，从而选通第i个OUT_old_i的寄存器中存储的编号所对应的片上路由器，从而实现无线节点的重构；否则，不改变i个多路复用器的选通状态；其中，所述重构条件为第i个发送缓冲区为空或缓冲区头部微片类型为头微片，且第i个接收缓冲区为空或缓冲区尾部微片类型为尾微片。2.根据权利要求1所述的无线片上网络中流量自适应的可重构无线节点，其特征是，所述流量数据是按如下方式进行统计：片上路由器统计在第t个周期内在自身子网络中注入或消耗的潜在无线数据包的数量，并用4bit表示；所述潜在无线数据包是指数据包的源节点和目的节点不在同一子网中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳一鸣，王奇，周武，孙成龙，张鹏，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：