[发明专利]适用于全局异步局部同步片上互连网络的路由器装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于全局异步局部同步片上互连网络的路由器装置。

背景技术

随着集成电路工艺的不断进步，单芯片上能够集成的知识产权核越来越多，系统对通信带宽的需求也越来越大。在传统的芯片中，通常使用总线作为各个设备之间通信的主要结构，然而一条总线同时只能支持一对设备之间的通信，总线带宽不会随着总线设备数目的增加而增加，却面临着延迟和功耗增大等问题，已经无法满足各知识产权核之间的通信需求。于是，研究人员借鉴并行计算机互连网络技术，提出片上互连网络用于取代总线为片上各个知识产权核提供通信服务。片上互连网络成为大规模片上互连的优选解决方案之

路由器是构成片上互连网络的核心部件，数据包以跳步的形式经过路径上的每一个路由器到达目的地。在片上互连网络中，通常采用虫孔交换。数据包以微片为基本单位在网络中传输，一个数据包可以划分为一个头微片，若干个体微片和一个尾微片，按顺序依次在网络中传输。数据包需要申请路由器中的资源以通过路由器向下一跳路由器传输，所需的资源包括下一跳路由器的虚通道缓存和本级路由器的交叉开关使用权。虚通道缓存的分配以数据包为单位，由数据包的头微片申请，一个数据包内的所有微片共用同一个虚通道缓存，并且只能使用该虚通道缓存，虚通道缓存被一个数据包使用时，其他数据包不能使用该虚通道缓存。交叉开关的分配以微片为单位，数据包中的每个微片都需要独立地申请交叉开关的使用权。通常，数据包通过路由器包括如下5个步骤：

1)写缓存：路由器在输入通道中提供缓存用于暂时存储数据包中的微片。一个输入通道提供多个虚通道缓存用于存储来自不同数据包的微片。虚通道之间共享路由器的物理链路。在路由器之间传输微片的同时，需要传输微片所要写入的虚通道编号，路由器根据虚通道编号将微片写入相应的虚通道缓存。微片将一直保存在虚通道缓存中，直到它可以离开路由器继续传输。

2)路由计算：数据包的头微片包含路由信息，当头微片从虚通道缓存中读取后，路由器提取头微片中的路由信息，计算数据包的输出端口。

3)虚通道分配：数据包根据路由计算的结果，向相应输出端口的虚通道分配器申请一个与该输出端口连接的下一跳路由器中的虚通道。可能同时存在多个虚通道请求，虚通道分配器将在请求之间做出仲裁，选择出获得仲裁的请求，并返回该请求可以使用的虚通道编号。

4)交叉开关分配：数据包获得下一跳路由器虚通道的使用权后，头微片向位于同一个输出端口的交叉开关分配器申请交叉开关的使用权。可能同时存在多个交叉开关请求，交叉开关分配器将在请求之间做出仲裁，选择出获得仲裁的请求，允许其使用交叉开关。

5)通过路由器：当微片赢得了交叉开关仲裁后，离开虚通道缓存通过路由器向下一跳路由器传输。

对于体微片和尾微片，它们通过路由器时不需要经过步骤2和3。同一个数据包内的所有微片拥有相同的路由结果并使用同一条虚通道。尾微片离开虚通道时，将释放由头微片保留的虚通道。

对上述5个步骤进行流水化处理可提高路由器的工作频率，每个步骤成为一个流水级依次执行，在网络零负载的条件下，一个微片通过路由器需要5个时钟周期。

为了减小网络的传输延迟，需要缩小微片通过路由器的延迟。在不影响路由器工作频率的前提下，缩短路由器的流水级数可以达到目的。缩短流水级的方法是流水级的并行执行。

与本发明相关的现有技术具体如下：

1、现有技术一的技术方案：

现有的路由器为了使微片从虚通道中读取后直接进入虚通道分配阶段，采用前瞻路由。前瞻路由要求在上一跳路由器中计算下一跳路由器中使用的路由结果，并通过路由器之间的物理通道把路由计算结果传输给下一跳路由器。路由计算结果和微片一起写入虚通道缓存。微片从虚通道缓存读取的同时，读取路由计算结果，用于虚通道分配。该技术需要扩展虚通道缓存的位宽，用于保存路由计算的结果，增加的位宽等于路由计算结果信号的位宽。微片和路由计算结果从虚通道缓存中读取后，路由计算结果用于虚通道分配，如果微片是头微片，则对微片在下一跳路由器中将使用的路由结果进行计算。读取后的微片和下一跳路由器中使用的路由计算结果一起传输至下一跳路由器。前瞻路由的实现如图1所示，每个虚通道需要配置一个路由计算单元。与常见的5级流水路由器相比，前瞻路由的物理开销在于路由器之间用于传输路由结果的物理连线和虚通道缓存中用于保存路由计算结果的寄存器开销。

其存在着以下缺点：