片上网络中任务与节点间映射方案与拓扑结构的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种片上网络中任务与节点间映射方案与拓扑结构的设计方法，其技术要点为：将功耗和响应时间分开作为考核方案的优先指标，但在寻找最优方案过程中同时考虑功耗和响应时间，做到了寻找出来的方案使功耗和系统延时同时最小，另外选择使得功耗和响应时间最小的拓扑结构。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，其技术要点为：将功耗和响应时间分开作为考核方案的优先指标，但在寻找最优方案过程中同时考虑功耗和响应时间，做到了寻找出来的方案使功耗和系统延时同时最小，另外选择使得功耗和响应时间最小的拓扑结构。【专利说明】
本专利技术涉及集成电路设计领域，具体涉及针对无线片上网络中多任务与多节点间的。
技术介绍
随着未来通信终端和设备的计算复杂度的增大，实时复杂系统芯片的集成规模需求将迅速增长，一块芯片上可能会集成数十个或成百上千的处理单元，基于多核的信号处理平台成为软件无线电的发展趋势。在这样的综合化系统中，设计可靠、高速、低功耗的高性能芯片内通信体系成为片上系统(System on Chip, SoC)发展的挑战与机遇。传统多核SoC的总线式通信结构无法满足大规模实时复杂数字信号处理过程中数据交换的需求，因此提出了新一代的片上互联与通信机制——片上网络。片上网络(上每个节点也就是处理器)实现的系统主要是对实时性要求较高的复杂通信系统或数字信号处理系统。通信与信号处理具有实时性和处理时延要求，因此，NoC的映射方案务必要使得系统的延时尽量小。另外，片上网络是在集成电路的芯片上实现的，为了保证芯片能够稳定的工作，芯片的温度不能高。芯片的温度是由芯片的功耗决定的，功耗越大，芯片的温度越高。因此，在选择映射方案时，必须选择使得功耗尽量低和时延尽量少的方案。传统的有线片上网络的拓扑架构是确定的，当芯片生产出来后，芯片内的拓扑由CMOS电路的金属连线确定下来了。而无线片上网络的节点可通过无线信道构建出特定的虚拟拓扑，如果改变节点的接入方式，网络拓扑随之发生变化。所以在无线片上网络中，可以比较不同拓扑结构下任务与节点间映射方案的性能优劣，根据不同的任务需求，找到性能优于有线片上网络的最佳的拓扑选择和映射方案。通过查新和广泛收集文献资料，我们发现已经公开的用于寻找片上网络上任务与节点间映射方案的方法有如下几类:文献“周干民，尹勇生，胡永华等.基于蚁群优化算法的NoC映射.计算机工程与应用.2005,41(18):7-10.”采用一种有效地蚁群优化算法实现了片上网络映射，在将任务映射到片上网络节点的同时，尽可能的减少了系统的通讯功耗。该方法的目标函数为功耗，该方法大致如下:根据蚂蚁的个数循环地为每个未分配的节点按照概率分配任务(此概率是通过一种方式计算的将一个节点分配到某个任务的概率)，每循环一次都要使所有节点都分配到相应的任务，然后采用两交换法来进行局部搜索，找出功耗最小的最优解，并用最优解的功耗值信息素衰减度和当前信息素的值来更新最优解对应的蚂蚁的信息素，通过对上述过程多次迭代后，最后选出使功耗最小的分配方案。这种方法获得的映射方案具有较小的通讯功耗，但没有考虑系统的延时性能。文献“杨盛光，李丽，高明伦等.面向能耗和延时的NoC映射方法.电子学报.2008，36(5):937-942”基于二维网格结构NoC平台，建立了基于蚁群算法的旨在优化系统通信能耗和链路负载方差的统一目标函数。该方法的目标函数cost的计算式为:cost= λ XE+(I—λ ) XVAR其中，λ为比例系数，E为能耗，VAR为链路负载方差。该方法大致如下:(I)根据蚂蚁的个数循环地为每个未分配的节点按照概率分配任务(概率是通过一种方式计算的将一个节点分配到某个任务的概率)，每循环一次都要使所有节点都分配到相应的任务，然后采用两交换法来进行局部搜索，找出功耗最小解，并用最优解的功耗值信息素衰减度和当前信息素的值来更新最优解对应的蚂蚁的信息素，通过对上述过程多次迭代后，最后选出使目标函数cost最小的分配方案。这种方法没有考虑通信能耗和执行时间是完全不同的物理量，获得的映射方案不一定具有优异的性能。文献Tang lei, Shashi Kumar.A two-step genetic algorithm for mapping taskgraphs to a network on chip architecture.Proceedings of the Euromicro Symposiumon Digital System Design2003.Antalya, Turkey:1EEE, 2003:180-187.提出一种米用两步遗传算法实现任务映射问题的方法。该方法大致如下: (I)首先假设任务流图中所有边的延时相等，为一常数，即平均数；为每个任务分配功能单元(如处理器、存储器等)，使得系统的总延时最小；(2)使用真实的数据流图的边延时,进一步优化,将功能单元分配到NoC的节点上。该方法将整个优化阶段分成了两个步骤，从而降低了计算的复杂度，缩短了计算时间，但获得的映射方案的能耗和延时不会同时最小。文献 Wenbiao Zhou, Yan Zhang, Zhigang Ma0.Pareto based Mult1-objectiveMapping IP Cores onto NoC Architectures.1EEE Asia Pacific Conference onCircuits and Systems.2006:331-334.和 Giuseppe Ascia, Vincenzo Catania, MaurizioPales1.Mult1-objective Mapping for Mesh-based NoC Architectures.1nternationalConference on Hardware/Software Dodesign and System Synthesis, 2004:182-187.提出采用多目标进化算法将片上网络上任务映射到基于Mesh拓扑的片上网络结构的节点上。该方法的目标函数有两个，一个目标函数是平均数据包跳数(hop)，计算式如下:【权利要求】1.一种，其特征在于，用向量X= (X1, X2,...Xn..., xN)表示片上网络的N个任务向M个节点映射的一种方案，向量X的第η个位置上的Xn(O ^ χη^ Μ-1)代表了第η个任务映射到某个节点的节点编号，即Xn表示了将编号为η的任务分配给了第Xn的节点，包括如下步骤: .1、生成无线片上网络任务与节点间映射方案的待选拓扑结构T1,T2,, Te，在不同的待选拓扑结构上选择最优的映射方案；具体步骤为步骤2到步骤20，初始化g=l ； . 2、对第g个待选拓扑Tg，随机生成一个包含K个分配方案的方案组Jt，并为每个分配方案X=(Xl，x2, , xN)设定一个交叉的概率Pi和变异的概率qi;以及总的迭代次数T，并令记录迭代的次数的变量t=0 ； .3、求出方案组Jt中每种方案下片上网络功耗与响应时间:利用计算式出无线NoC的功耗P，其中，Pn是仅与电磁波导传输线上载波数有关的无线NoC上RF-1链路消耗的功耗固定值，Ppe是无线NoC上所有处理核的功耗之和；响应时间是从任务流图的输入到输出的时间间隔，其计算式为D=Tp+Td+Tw，其中，Tp为输入到输出路径上所有任务的处理时间，Td为输入到输出路径上的数据传递时间之和，Tff为传输过程中由于拥塞导致的数据包排队与等待的时间； 对方案组Jt中每种方案，判断本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亦欧，胡剑浩，凌翔，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：