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片上网络映射及路径分配问题研究

作　者: 沈皓
导　师: 韩国栋
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 片上网络映射 A*算法路径分配粒子群优化算法
分类号: TN47
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 48次
引　用: 1次
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内容摘要

随着特征尺寸的持续缩小和带宽需求的增加,传统的共享总线的通信结构已经无法满足复杂片上系统(System-on-Chip,SoC)的设计要求。同时,总线结构固有的可扩展性差和要求全局时钟同步的缺点也使得其应用范围越来越受限制。片上网络(Network-on-Chip,NoC)作为新一代的片上通信结构被提出用以解决上述问题。它在单个芯片上构建一个基于包交换的微网络,以实现微处理器、DSP(Digital Signal Processing)核、存储器等IP(Intellectual Property)之间的通信。与总线结构相比,NoC具有易扩展、可重用、低能耗等特点。NoC平台根据其设计灵活性可分为三类,即硬核、固核和软核NoC。本文依托国家863项目“高性能计算机及其核心软件”,着重研究了固核NoC平台设计中的两个关键问题,映射和路径分配问题。论文的主要工作和取得的成果如下:1.研究了NoC体系结构的相关问题。分析了由于片上资源的有限性,NoC与并行计算和计算机网络实现关键技术上的差异和需求。2.研究了一种系统级的NoC平台能耗模型。通过该模型,可以方便的分析和计算系统通信能耗。该模型是映射过程优化系统通信能耗的理论基础。3.针对固核NoC设计中的映射问题,提出一种基于A*搜索的映射算法MCEC。MCEC算法能在合理的时间内搜索到映射方案使得系统通信能耗最小化的同时,满足性能约束的限制。4.针对XY路由通信负载分配不均的问题,提出一种基于粒子群优化的路径分配算法RPA_LB。实验证明RPA_LB算法能够有效的分配各通信踪迹的路由路径,平衡各链路的负载。从而降低了系统的带宽需求,减小了实现代价。

全文目录

表目录  6-7
图目录  7-8
摘要  8-9
ABSTRACT  9-10
第一章绪论  10-15
  1.1 课题研究背景  10
  1.2 NoC 的优势  10-11
    1.2.1 重用性  11
    1.2.2 可预测性  11
    1.2.3 可扩展性  11
  1.3 国内外研究现状  11-13
    1.3.1 国外研究现状  11-12
    1.3.2 国内研究现状  12-13
  1.4 项目依托和本文主要工作  13
  1.5 论文的组织与结构  13-15
第二章 NoC 相关基础  15-22
  2.1 NoC 基本概念  15-16
  2.2 NoC 体系结构  16-20
    2.2.1 片上通信方式的演变  16
    2.2.2 常见拓扑结构  16-19
    2.2.3 层次结构  19-20
  2.3 NoC 平台分类及其设计空间  20-21
  2.4 NoC 设计流程  21
  2.5 总结  21-22
第三章 NoC 平台特征及能耗模型  22-31
  3.1 NoC 体系结构问题  22-26
    3.1.1 拓扑结构  22
    3.1.2 缓存实现  22-23
    3.1.3 交换技术  23-24
    3.1.4 路由策略  24
    3.1.5 死锁及活锁  24-25
    3.1.6 片上路由器结构  25-26
  3.2 系统级NoC 平台能耗模型  26-30
    3.2.1 模型的提出  26-27
    3.2.2 模型合理性的证明  27-30
  3.3 本章小结  30-31
第四章一种最小化通信能耗的映射算法MCEC  31-45
  4.1 引言  31
  4.2 映射问题  31-32
  4.3 相关研究工作  32-33
  4.4 平台描述  33
  4.5 映射问题的形式化描述  33-35
  4.6 基于A*算法的最小化通信能耗的映射  35-41
    4.6.1 搜索树的构建  35
    4.6.2 A*算法分析  35-37
    4.6.3 节点代价的定义  37-38
    4.6.4 评估函数相关参数的定义  38-39
    4.6.5 映射算法MCEC  39-41
  4.7 实验  41-44
  4.8 本章小结  44-45
第五章一种负载均衡的路径分配算法RPA_LB  45-57
  5.1 XY 路由局部负载过重问题说明  45-46
  5.2 相关研究工作  46
  5.3 规格化链路负载参数  46-47
  5.4 基于粒子群优化的路径分配算法  47-55
    5.4.1 粒子群优化算法分析  47-49
    5.4.2 最短路径路由的编码表示  49-50
    5.4.3 路径分配算法RPA_LB  50-55
  5.5 实验  55-56
  5.6 本章小结  56-57
结束语  57-59
参考文献  59-62
作者简历攻读硕士学位期间论文发表情况和科研工作  62-63
致谢  63

片上网络映射及路径分配问题研究

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