[发明专利]一种应用于片上网络的二维Mesh双缓冲容错路由单元

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路领域，尤其设计片上互连网络设计领域。

背景技术

随着深亚微米超大规模集成电路工艺技术的成熟及进一步发展，片上系统(System on Chip，SoC)的设计面临着严峻的问题，主要表现在三个方面：连线延迟与全局时钟的同步问题，有限地址空间和无法支持多组设备并行通信等结构性问题，以及系统扩展问题。为了解决SoC设计中遇到的问题，欧洲一些研究机构于2000年提出了片上网络(Network on Chip，NoC)的概念，其核心思想就是将计算机网络技术移植到芯片设计中来，将片上系统分割为执行通信的多个子系统，子系统之间通过网络互连，从体系结构上彻底解决总线架构带来的缺陷。

片上网络故障按照故障的持续时间长短，可以分为永久故障和瞬时故障。片目前上网络中80％的故障都由瞬时故障引起。瞬时故障，又称软故障，它通常由干扰引起，如串扰、耦合噪声、电源噪声，甚至是宇宙射线、地球磁场产生的干扰等，从而导致位出错、位丢失等。瞬时故障的产生带有随机性和偶然性，无干扰时故障不会发生，干扰消失时故障也随之消失。目前，瞬时故障已被认为是当前片上网络结构中的主要故障，再加上它的不可预测性和不可重复性的特点，使得瞬时故障在片上网络可靠性研究领域上得到了极大的关注。为保证NoC中数据传输的可靠性，针对片上网络的瞬时故障，必须采用相应的容错机制。目前，容错机制一般分为基于检错纠错编码的重传机制和随机通信机制。在随机通信机制中，源节点以一定的概率向它的相邻节点以广播的形式发送数据包，所有收到这个数据包的节点以相同的概率再向其相邻的节点发送数据包，直到目的节点收到数据包为止。然而，随机通信会使网络中存在大量的冗余包，可能会造成网络的拥塞，且带来较大的传输开销。在基于检错纠错编码的重传机制中，目的节点根据数据包校验结果判定接收的数据是否正确，并发送反馈包通知源节点；而源节点则根据接收到的反馈包决定是否重传该数据包，直到数据包被正确接收。端到端请求重传机制的面积功耗开销相对较小，但由于只有数据包到达目的节点后才能确定数据包的正确性，因此增加了传输延时。

因此，从优化系统延时和功耗性能的角度，结合基于检错纠错编码的重传机制和随机通信机制的优点，采用双缓冲和XYX路由技术，在保证路由单元容错性能的基础上降低系统延时和功耗，是优化和改善片上网络通信性能的一种重要手段。

发明内容

本发明公开了一种应用于片上网络的的二维Mesh双缓冲容错路由单元，该方法采用双缓冲机制轮流发送冗余数据，并采用XYX路由机制动态选择数据路由路径。本发明能在面积开销有限提升的前提下，保证片上网络容错性能，完成数据的高可靠性传输；同时减少数据包发送等待时间，并能够均衡网络负载，有助于解决网络拥塞问题。

实现本发明的技术方案如下：

一种用于片上网络的二维Mesh双缓冲容错路由单元，该路由单元包括：四个接收控制器、四个发送控制器、一个本地接收控制器、一个本地发送控制器、一个仲裁与交换控制器；

路由单元还包括五个端口：本地端口、东端口、西端口、北端口、南端口，东端口、西端口、北端口、南端口包含“应答发送”、“应答接收”、“数据接收”和“数据发送”四个信号，本地端口包含“本地数据接收”和“本地数据发送”两个信号；

本地端口用于连接本地资源节点；

东端口、西端口、北端口、南端口用于连接其他路由单元；

“应答发送”信号和“数据接收”信号与接收控制器相接，“应答接收”信号和“数据发送”信号与发送控制器相接；

接收控制器通过“应答发送”信号对接收数据的请求进行应答，通过“数据接收”信号接收前一级路由单元发送的数据，通过“待收数据”和“路由控制”信号将接收到的数据发送给仲裁与交换控制器；

发送控制器通过“应答接收”信号接收后一级路由单元对发送数据的许可，通过“数据发送”信号向后一级路由单元发送数据，通过“待发数据”信号接收仲裁与交换控制器发送来的数据。

本地发送控制器通过“本地数据接收”信号接收本地资源节点发送的数据，通过“数据校验”信号接收本地接收控制器发送的校验结果信号，通过“待收数据”和“路由控制”信号将接收到的数据发送给仲裁与交换控制器；

本地接收控制器通过“本地数据接收”信号向本地资源节点发送数据，通过“待发数据”信号接收仲裁与交换控制器发送来的数据，通过“数据校验”信号发送接收数据包中的校验结果信号。