[发明专利]仲裁控制方法、通信方法、仲裁器和通信系统

说明书

技术领域

本发明涉及仲裁控制方法、通信方法、仲裁器和通信系统。

背景技术

随着集成电路工艺和片上系统(SoC，System-on-Chip)的发展，片上集成电路密度越来越大，可以容纳更多的功能单元，例如可以集成更多的处理器核心(core)、用于处理器核心与主存通信的存控、用于芯片与外部其他设备通信的接口单元及更多第三方IP核等。片上功能单元的增多对片上通信带宽和延迟都提出了更高的要求，与此同时，集成电路特征尺寸的减小使连线所造成的延时占据了片上通信中越来越大的比例，这些问题的出现都使得传统的总线互连方式不再适合片上系统的发展。

片上网络(NoC，Network-on-chip)是一种将传统计算机系统网络应用于片上互连的技术，能够较好地满足日益增长的片上通信需求。其中，常见的NoC拓扑结构有二维网状网络(mesh)。简单地说，类似于棋盘，每个交叉点上有一个功能单元，功能单元之间的连线就是网络，其中，每一个功能单元作为一个通信节点(又称节点)都有自己的网络接口和收发缓存。

环网(又称环形网络)结构是一种常用的互连拓扑结构。其中，节点与链路构成了一个闭合环；每个节点只与相邻的两个节点相连；每个节点必须将信息转发给下一个相邻的节点。环形网络结构中，相邻通信节点之间以短线连接，能较好地解决片上功能单元之间的长交叉连线问题，因此片上环形网络被越来越多地应用于多核处理器中，例如国际商业机器公司(IBM)的CELL多核处理器。

为了解决环形网络中管理复杂与维护困难的问题，以及更均衡地在节点之间分配资源以及更充分地发挥通信链路的利用效率，通常采用中心仲裁器对节点之间的通信资源进行管理和分配，并且中心仲裁器的设置需要兼顾公平性以及高效率。在现有的中心仲裁技术中，例如国际商业机器公司(IBM)的CELL多核处理器中，所采用的仲裁控制方法为：首先，请求节点提出通信请求，中心仲裁器将所接收到的通信请求向目标节点进行广播，目标节点接收到该广播信息后将根据自身是否能对该通信请求进行处理向中心仲裁器返回自身的通信信用记录；通信信用记录用于标识该目标节点是否具有通信信用，通信信用可采用节点中可用的接收缓冲个数进行表示，当目标节点中有可用的接收缓冲时即该目标节点具有通信信用；中心仲裁器侦听到该目标节点所返回的通信信用记录后，判断是否可以执行请求节点的该通信请求，当可以执行时中心仲裁器发送仲裁成功响应至该请求节点；接着，该请求节点接收到仲裁成功响应后，再向链路仲裁单元提出链路请求，获得链路仲裁成功响应后才能进行数据传输。

举个例子，参考图1，节点A和节点B为环形网络中的两个节点，节点A提出向节点B写数据的请求。首先，节点A将该请求提交至中心仲裁器；中心仲裁器接收到该请求后，发出广播信息并开始侦听；节点B接收到该广播信息后，向中心仲裁器返回通信信用记录记录，用以表明自身是否可以接收数据；中心仲裁器一旦侦听到节点B返回的通信信用记录记录后，判断节点B是否可以接收数据，例如，如果可以接收，节点B具有通信信用，如果不可以接收，节点B不具有通信信用；当节点B具有通信信用时，中心仲裁器返回仲裁成功响应并发送至节点A；接着，节点A提出链路仲裁请求，当节点A至节点B的链路可用时，链路仲裁单元将向节点A返回仲裁响应，否则节点A将一直等待。接收到链路可用的仲裁响应后，节点A开始向节点B传输数据。在另一种情况下，即当节点B不具备通信信用时，中心仲裁器向发出请求的节点A返回仲裁失败请求，节点A重新发送请求。

也就是说，上述仲裁方法先根据目标节点的通信信用记录进行请求仲裁，再进行链路仲裁。对于这种两段式的仲裁方法，首先，在链路请求过程中，当链路不可用时，请求节点的通信资源一直被占用，降低了链路的使用效率；其次，由于通过广播侦听的方法对目标节点的信用信息进行检查，每个时钟节拍仅能对一个通信请求进行广播或侦听，从而限制了中心仲裁器的流水仲裁能力，使中心仲裁器在每个时钟节拍只能处理一个通信请求，当节点规模越来越大时，这种流水仲裁能力将无法满足通信要求；此外，由于采用广播侦听的方式，延时较长，中心仲裁器的仲裁效率无法提高。

发明内容

本发明解决的问题是，提供一种仲裁控制方法和通信方法，以及相应的仲裁器和通信系统，解决集中式仲裁的流水仲裁能力较低，以及通信节点上的资源利用率较低的问题。