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片上网络通信协议与QoS保障机制研究

作　者: 支亚军
导　师: 蒋林
学　校: 西安邮电学院
专　业: 计算机应用技术
关键词: 片上网络 通信协议 QoS机制
分类号: TN47
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


片上网络(Network-on-Chip, NoC)是目前多处理器系统中的一种关键技术。随着微电子技术的发展和对片上网络关键通信技术的研究,NoC已经成为解决复杂的多处理器系统中通信问题的重要方法之一,并成为了相关领域的前沿和热点研究内容。论文正是在这样的背景下,对片上网络多处理器通信协议和服务质量(Quality of Service, QoS)保障机制进行研究。首先,论文对片上网络通信协议进行分析,提出多处理单元通信协议层的划分模型和对应的数据格式,并分析了确定和自适应路由算法。在进一步研究片上网络节点交换机制对网络延时性能影响的基础上,结合保障服务和尽力而为的服务质量划分策略,提出了一种新的服务质量机制,即多优先级QoS保障机制。数据包被划分为Signaling、Real-Time、RD/WR和Block-Tran四种不同优先级类型,路由节点根据数据包的类型提供优先级区分服务,保证处理器之间关键数据通信低延时的要求。在对通信协议和QoS机制研究的基础上,设计搭建了基于2D-Mesh拓扑结构的8×8网络模型,采用硬件描述语言实现。网络模型中的IP节点支持多种不同流量模型,产生的数据包带有不同优先级别；路由节点具有优先服务。论文对网络模型进行仿真验证。性能统计结果显示,Signaling类型数据包具有最低端到端延时；随着网络流量注入率的增加,Signaling类型数据包和Real-Time类型数据包具有稳定的延时；优先级最低的Block-Tran类型数据包的延时最大,但满足多处理单元的通信要求。多优先级服务的QoS保障机制为片上网络多处理器之间数据包通信提供了服务质量,满足片上网络多处理器的通信要求,提高了网络性能。最后,论文描述了VCR0901芯片的系统测试过程。测试结果表明,芯片工作频率达到300MHz,满足技术规范要求。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第1章 绪论  7-13
  1.1 课题来源与研究背景  7
    1.1.1 论文课题来源  7
    1.1.2 论文课题研究背景  7
  1.2 国内外研究现状  7-12
    1.2.1 体系结构研究  8-10
    1.2.2 通信协议研究  10-11
    1.2.3 QoS机制研究  11-12
  1.3 论文的研究工作和内容安排  12-13
第2章 片上网络通信协议研究分析  13-24
  2.1 通信协议概述  13-15
  2.2 通信协议模型  15-18
    2.2.1 协议分层描述  15-17
    2.2.2 各层数据格式  17-18
  2.3 路由协议分析  18-23
    2.3.1 确定性路由算法  19-21
    2.3.2 自适应路由算法  21-23
  2.4 小结  23-24
第3章 片上网络QoS保障机制研究  24-34
  3.1 QoS机制描述  24
  3.2 片上网络交换机制分析  24-30
    3.2.1 面向连接的电路交换模型  25-26
    3.2.2 面向无连接的分组交换模型  26-27
    3.2.3 虫孔交换机制模型  27-28
    3.2.4 虚通道机制模型  28-30
  3.3 GT和BE机制分析  30-31
  3.4 多优先级QoS保障机制  31-33
  3.5 小结  33-34
第4章 保障QoS的64核网络模型  34-40
  4.1 网络模型介绍  34-35
  4.2 数据包格式描述  35-36
  4.3 IP0节点单元描述  36
  4.4 IP节点单元描述  36-38
    4.4.1 流量产生模型  36-37
    4.4.2 流量接收与分析模型  37-38
  4.5 路由节点描述  38-39
  4.6 小结  39-40
第5章 模块结构设计实现  40-49
  5.1 IP0单元  40-42
    5.1.1 总体描述  40
    5.1.2 结构模块描述  40-41
    5.1.3 接口时序描述  41-42
  5.2 IP单元  42-45
    5.2.1 总体结构  42-43
    5.2.2 接口时序说明  43-44
    5.2.3 寄存器说明  44-45
  5.3 路由单元  45-48
    5.3.1 总体性能描述  45
    5.3.2 结构描述  45-48
  5.4 小结  48-49
第6章 仿真验证与测试  49-58
  6.1 功能验证  49-51
    6.1.1 功能验证方案  49-50
    6.1.2 仿真结果  50-51
  6.2 FPGA验证  51-54
    6.2.1 验证方案  51-52
    6.2.2 综合测试过程  52-54
    6.2.3 性能分析  54
  6.3 芯片测试  54-57
  6.4 小结  57-58
第7章 结论与展望  58-59
  7.1 结论  58
  7.2 展望  58-59
参考文献  59-62
攻读学位期间取得的研究成果  62-63
致谢  63-64

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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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