[发明专利]具有全局通信事务管理能力的容错片上网络系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于片上网络系统设计领域，具体涉及一种具有全局通信事务管理能力的容错片上网络系统及应用于该系统的方法。

背景技术

片上网络（Network on Chip，NoC）通过在单个芯片上构建一个基于数据报文交换的微网络，为IP核之间的互连提供高效、可靠、灵活的通信架构，成为解决复杂片上系统设计中全局互连与通信问题的有效方案。一个典型的片上网络系统如图1所示，每个路由器（Router，R）与四个相邻的路由器相连，并通过网络接口（Network Interface，NI）与一个功能IP核相连。路由器之间以及路由器与功能IP核间的互连通道由两条单向的链路组成。

随着系统芯片面积和特征尺寸的不断减小，芯片上可能出现的故障变得不可忽视。因而，采用容错策略以便在出现通信故障时继续有效转发数据包，成为NoC系统可靠性设计需考虑的一个重要问题。NoC通信故障分为瞬时故障和永久性故障两类。瞬时故障是指在数据传输中，由于串扰、电磁干扰、工艺的不稳定等原因造成一个或多个比特错误，解决的方法有基于随机通信的容错路由以及基于检错纠错码的重传机制。永久性故障通常是由于生产过程或芯片运行过程中对某些模块产生的物理上的损坏，它不可能被修复，需要找出一条可替代的路径重新路由数据包。目前容错路由主要分为静态路由和动态路由两类。静态容错路由需先根据已知的故障点确定故障区域，再设计绕道路由避开故障区域，因而当系统运行过程中出现新的物理故障时，其便不能绕过新的故障节点。动态容错路由可根据当前的网络状态，自适应的调整路由路径。然而，已有的动态容错路由算法仅考虑相邻节点或所构造区域中的故障状态，而忽略了由局部故障可能会导致的全局网络拥塞以及数据包并发传输时的相关性。

因此，从全局通信事务管理角度进行片上网络可靠性设计，不仅能够有效提高片上网络故障容错能力，还能优化和改善高通信负载下网络拥堵问题，以进一步提高片上网络数据传输的吞吐量。

发明内容

本发明的目的是针对目前片上网络系统缺乏全局通信事务管理的问题，提供一种具有全局通信事务管理能力的容错片上网络系统架构。本发明通过一个网络监控器模块监控全局网络状态，定位和辨别片上网络中的拥塞和故障链路，并能区分瞬时和永久性链路故障，采用重传方式避免瞬时故障，通过重新路由计算绕开拥塞和永久性故障链路，有效提高片上网络故障容错能力，同时优化改善高通信负载下网络数据传输性能。

实现本发明的技术方案如下：

一种具有全局通信事务管理能力的容错片上网络系统，包括互联的容错路由器和功能IP核，其特征在于：还包括一个网络监控器，所述网络监控器通过专用总线与片上网络中每个容错路由器相连，用于监控全局网络状态，并基于网络实时状态确定应用任务所有通信踪迹的路由路径，以绕开拥塞和故障链路，所述的网络监控器包括如下部分：

a）网络状态采集模块，该模块与每个路由器相连，用于收集整个网络的实时链路状态信息；

b）路径分配算法模块，该模块根据通信任务以及链路状态信息执行路径分配算法为每条通信踪迹计算路由路径；

c）路由路径发送模块，该模块将路径分配算法模块计算得到的路由路径数据发送给相连路由器；

d）存储模块，该模块由通信任务表、链路状态表以及全局路由表组成，其中通信任务表用于保存应用任务每一条通信踪迹的源节点和目的节点编号以及通信带宽约束信息，链路状态表用于保存路由器间互连链路的空闲、拥塞和故障状态，全局路由表用于保存路径分配算法模块计算得到的路由路径数据。

网络监控器的核心功能是基于网络实时状态为应用任务所有通信踪迹计算路由路径，本发明进一步提供了应用于上述容错片上网络系统的路径分配算法，包括如下步骤：

a）将应用任务的每条通信踪迹按通信带宽需求降序排列，并根据源/目的节点对以及故障或拥塞链路位置生成象限图。

b）输入象限图w及其邻接表，源节点r和目的节点t。

c）初始化象限图w中所有节点的距离，距离d(i)表示从源节点r到节点i路径上所占用的链路带宽之和。令r的距离d(r)=0；对于v≠r，d(v)=∞。

d）设象限图w的节点集合为T，以u=r开始搜索。