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面向高效NoC路由差错码设计

作　者: 王斌
导　师: 毛志刚；谢憬
学　校: 上海交通大学
专　业: 电路与系统
关键词: 片上网络 可靠性编码 异步虫孔路由器 四相双轨握手协议 延时不敏感
分类号: TN47
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


片上网络系统(NoC)是目前研究的热点,它是更高层次更大规模的片上系统,其核心思想是将计算机网络技术移植到芯片设计中来,利用网络互连的方式来解决多IP核的体系结构问题。片上互连是NoC芯片的关键之一,它的正常通信关系到芯片的正常功能,但随着工艺尺寸的缩小,互连上的串扰噪声已经严重干扰了信号的传递,同时降低了芯片的工作频率。为了保证互连的传输的正确性,以及片上网络高吞吐量的需求,本文设计了整套片上网络可靠性传输方案。以四相双轨握手协议为桥梁,设计了一种纠错码,异步虫孔路由节点,以及以此为基础的4x4 mesh片上网络结构。利用简单的分组汉明编码使得信道传输的码字纠错能力可达10位,采用复制编码基本消除了串扰噪声带来的影响,通过简单的C单元逻辑电路将物理层的数据转换成高层协议数据便于路由节点转发数据。设计了一种低功耗,对延时不敏感,适合多时钟域的异步路由器,又利用通道分片和超前流水技术加速路由节点,使其吞吐量最高可达2.3GB/s。采用本文设计的包组织形式和发送规则,使得网络带宽利用率显著提高,对小数据包的效果最明显,约可提速三倍。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-14
第一章 绪论  14-25
  1.1 课题背景  14-24
  1.2 课题研究目标及意义  24
  1.3 论文的主要内容与章节安排  24-25
第二章 DSM 总线编码技术研究  25-34
  2.1 抗串扰编码  25-27
    2.1.1 禁用模式码  25-26
    2.1.2 禁用过渡码  26-27
  2.2 纠检错编码  27-30
    2.2.1 奇偶校验码  27-28
    2.2.2 汉明编码  28-30
  2.3 组合编码  30-33
    2.3.1 CADEC  30-32
    2.3.2 SC_GREEN  32-33
  2.4 本章小结  33-34
第三章 NOC 技术研究  34-49
  3.1 NoC 通信协议  34-35
  3.2 NoC 拓扑结构  35-37
    3.2.1 2D mesh 结构  36
    3.2.2 胖树结构  36-37
  3.3 包交换技术  37-40
    3.3.1 存储转发  37-38
    3.3.2 虚拟直通  38
    3.3.3 虫孔路由  38-39
    3.3.4 偏转路由  39-40
  3.4 路由算法  40-41
  3.5 路由器类型  41-43
    3.5.1 异步路由器  41-42
    3.5.2 半异步路由器  42
    3.5.3 多时钟域同步路由器  42-43
  3.6 握手协议  43-46
    3.6.1 打包协议（bundled data）  44-45
    3.6.2 双轨协议（dual rail）  45-46
  3.7 其他关键部件  46-48
    3.7.1 仲裁器Arbiter  46-47
    3.7.2 C 单元（C-element）  47-48
  3.8 本章小结  48-49
第四章 可靠性差错码及路由设计方案  49-64
  4.1 帧格式  49-51
  4.2 编解码方案  51-53
  4.3 异步虫孔路由器的设计  53-63
    4.3.1 Input_buf  54-56
    4.3.2 Channel slicing  56-59
    4.3.3 Look ahead pipeline  59-60
    4.3.4 Output_buf  60
    4.3.5 Allocator  60-62
    4.3.6 Crossbar  62-63
  4.4 本章小结  63-64
第五章 实验结果和性能分析  64-77
  5.1 编解码器  64-67
    5.1.1 错误概率的计算  64-66
    5.1.2 编解码器性能  66-67
  5.2 路由节点性能分析  67-72
    5.2.1 面积  67-69
    5.2.2 延时  69-72
    5.2.3 功耗  72
  5.3 网络性能分析  72-76
    5.3.1 网络吞吐量  73-74
    5.3.2 有效吞吐量  74-76
  5.4 本章小结  76-77
第六章 结束语  77-78
  6.1 主要工作与成果  77
  6.2 后续研究工作  77-78
参考文献  78-81
致谢  81-83
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  83

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路（IC） > 大规模集成电路、超大规模集成电路
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