一種基于包電路交換技術(shù)的多播路由器及其工作方式的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于片上網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種基于"包電路"交換技術(shù)的多 播路由器設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著集成電路集成度的不斷擴(kuò)大，芯片也由單一功能逐漸發(fā)展到多功能的系統(tǒng)芯 片。如今，多功能的片上系統(tǒng)（SoC，SystemonChip)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。然而隨著工 藝特征尺寸越來越小，工作頻率迅速上升，基于總線架構(gòu)的片上系統(tǒng)的缺點(diǎn)也漸漸顯露出 來。主要表現(xiàn)在：
[0003] (1)可擴(kuò)展性差；
[0004] (2)資源利用率低，不能提供良好的并行處理能力；
[0005] (3)單一時(shí)鐘全局同步而引起的功耗和面積的大幅度提高。
[0006] 為了克服總線架構(gòu)所帶來的不利影響，片上網(wǎng)絡(luò)（NoC，NetworkonChip)的概念 被提了出來。片上網(wǎng)絡(luò)由路由節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)資源接口、互連通道、資源節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，如圖1所示。
[0007] 路由節(jié)點(diǎn)：根據(jù)路由算法來計(jì)算數(shù)據(jù)的傳輸方向，并且對(duì)數(shù)據(jù)的流動(dòng)加以控制，以 此來實(shí)現(xiàn)資源節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信。
[0008] 網(wǎng)絡(luò)資源接口：實(shí)現(xiàn)資源節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)之間的連接，負(fù)責(zé)其之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。
[0009] 互連通道：把NoC中各個(gè)路由節(jié)點(diǎn)連接起來，構(gòu)成完整的通信網(wǎng)絡(luò)。
[0010] 資源節(jié)點(diǎn)：承擔(dān)著系統(tǒng)的各種功能任務(wù)。它可以是處理器、存儲(chǔ)器等單個(gè)IP，也可 以是SoC。資源節(jié)點(diǎn)之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，全部的資源節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作，共同完成系統(tǒng) 任務(wù)。
[0011] 根據(jù)系統(tǒng)任務(wù)的需求，片上網(wǎng)絡(luò)不僅需要實(shí)現(xiàn)單播通信方式，還需要支持多播通 信方式。目前，大多數(shù)片上網(wǎng)絡(luò)是通過"包"交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)多播通信功能。"包"交換技術(shù)數(shù) 據(jù)分為多個(gè)數(shù)據(jù)包，其中路由信息由頭包攜帶，其余的數(shù)據(jù)包跟隨頭包在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸。 因此，當(dāng)數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)，片上網(wǎng)絡(luò)需要較大的緩沖器將所有數(shù)據(jù)包緩存，需要消耗 大量的緩存資源。
[0012] "包電路"交換技術(shù)將一次數(shù)據(jù)傳輸事務(wù)分為三個(gè)階段進(jìn)行：建立鏈路階段、數(shù)據(jù) 傳輸階段、撤銷鏈路階段。這種交換技術(shù)首先鎖定鏈路，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不需要較多的 緩存資源來緩存數(shù)據(jù)包。然而，目前"包電路"交換技術(shù)的研究只限于單播通信功能。若使 用單播通信功能實(shí)現(xiàn)一個(gè)請(qǐng)求方節(jié)點(diǎn)向多個(gè)目的方節(jié)點(diǎn)發(fā)送相同批次的數(shù)據(jù)，請(qǐng)求方節(jié)點(diǎn) 向每個(gè)目的方節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)都要經(jīng)過建立鏈路階段、數(shù)據(jù)傳輸階段、撤銷鏈路階段，嚴(yán)重浪 費(fèi)網(wǎng)絡(luò)帶寬，消耗較多的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提出一種基于包電路交換技術(shù)的多播路 由器及其工作方式，以期能使用"包電路"交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)片上網(wǎng)絡(luò)多播數(shù)據(jù)傳輸事務(wù)，從而 能充分利用片上網(wǎng)絡(luò)并行性特征節(jié)省單個(gè)請(qǐng)求方節(jié)點(diǎn)向多個(gè)目的方節(jié)點(diǎn)發(fā)送相同批次數(shù) 據(jù)事務(wù)的時(shí)間花費(fèi)，并且減少片上網(wǎng)絡(luò)中多播路由器的緩存資源的消耗。
[0014] 本發(fā)明為達(dá)到上述目的所采用的技術(shù)方案是：
[0015] 本發(fā)明一種基于"包電路"交換技術(shù)的多播路由器的特點(diǎn)是應(yīng)用于包含若干個(gè)多 播路由器、若干個(gè)資源節(jié)點(diǎn)和若干條互連通道所組成的片上網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)資源節(jié)點(diǎn)通過所 述互連通道連接在一個(gè)多播路由器上；任意兩個(gè)相鄰的多播路由器通過所述互連通道相鄰 接；由所述鄰接的多播路由器形成二維網(wǎng)格；以所述二維網(wǎng)格任一頂點(diǎn)上的多播路由器為 起始坐標(biāo)點(diǎn)（1，1);以所述頂點(diǎn)上的多播路由器相連通的兩條互連通道分別為X軸和Y軸， 建立坐標(biāo)系0XY;并以X軸的正方向?yàn)闁|向，以X軸的負(fù)方向?yàn)槲飨?，以Y軸的正方向?yàn)楸?向，以Y軸的負(fù)方向?yàn)槟舷颍?br>[0016] 定義發(fā)送數(shù)據(jù)的資源節(jié)點(diǎn)為請(qǐng)求方節(jié)點(diǎn)，接收所述數(shù)據(jù)的資源節(jié)點(diǎn)為目的方節(jié) 點(diǎn)；根據(jù)所述數(shù)據(jù)沿著所經(jīng)過的多播路由器的順序，定義所經(jīng)過的任意一個(gè)多播路由器均 是以上一個(gè)多播路由器為上游節(jié)點(diǎn)，以下一個(gè)多播路由器為下游節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前節(jié)點(diǎn)；所述負(fù) 載包括：負(fù)載包、路由包和結(jié)束包；所述負(fù)載包、路由包和結(jié)束包通過不同的包頭區(qū)分；所 述路由包中包含一個(gè)包頭和不大于八個(gè)目的方節(jié)點(diǎn)地址；定義每個(gè)目的方節(jié)點(diǎn)地址和與目 的方節(jié)點(diǎn)相連的多播路由器坐標(biāo)相同，并用八位二進(jìn)制表示，前四位表示所述目的方節(jié)點(diǎn) 地址的X坐標(biāo)，后四位表示所述目的方節(jié)點(diǎn)地址的Y坐標(biāo)，且目的方節(jié)點(diǎn)地址的X坐標(biāo)和Y 坐標(biāo)均不為零；
[0017] 所述多播路由器包括：輸入狀態(tài)機(jī)模塊、優(yōu)先級(jí)編碼器模塊、解碼器模塊、地址過 濾模塊、仲裁器模塊、交叉開關(guān)模塊和輸出狀態(tài)機(jī)模塊；
[0018] 所述輸入狀態(tài)機(jī)模塊用于控制數(shù)據(jù)的有序輸入，并分為本地輸入狀態(tài)機(jī)、東向輸 入狀態(tài)機(jī)、西向輸入狀態(tài)機(jī)、北向輸入狀態(tài)機(jī)和南向輸入狀態(tài)機(jī)；所述輸入狀態(tài)機(jī)模塊的工 作狀態(tài)包括空閑狀態(tài)F_IDLE、請(qǐng)求狀態(tài)B_REQ、預(yù)鎖定狀態(tài)B_PREL0CK和鎖定狀態(tài)B_L0CK; 所述輸入狀態(tài)機(jī)模塊的初始狀態(tài)為空閑狀態(tài)F_IDLE;
[0019] 所述優(yōu)先級(jí)編碼器模塊用于根據(jù)數(shù)據(jù)請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)順序控制所述數(shù)據(jù)請(qǐng)求的處 理順序；
[0020] 所述解碼器模塊包含八個(gè)解碼單元，并用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚煞较颍?br>[0021] 所述地址過濾模塊用于避免所述路由包向所述目的方節(jié)點(diǎn)重復(fù)路由；
[0022] 所述仲裁器模塊用于判斷所述數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚煞较蚴欠窨捎茫?br>[0023] 所述交叉開關(guān)模塊用于實(shí)現(xiàn)所述輸入狀態(tài)機(jī)模塊和所述輸出狀態(tài)機(jī)模塊的全互 連；
[0024] 所述輸出狀態(tài)機(jī)模塊用于控制數(shù)據(jù)的有序輸出，并分為本地輸出狀態(tài)機(jī)、東向輸 出狀態(tài)機(jī)、西向輸出狀態(tài)機(jī)、北向輸出狀態(tài)機(jī)和南向輸出狀態(tài)機(jī)；所述輸出狀態(tài)機(jī)模塊的工 作狀態(tài)包括空閑態(tài)IDLE和鎖定態(tài)LOCK;所述輸出狀態(tài)機(jī)模塊的初始狀態(tài)為空閑態(tài)IDLE。
[0025] 本發(fā)明一種基于"包電路"交換技術(shù)的多播路由器的工作方式的特點(diǎn)是應(yīng)用于多 播數(shù)據(jù)傳輸事務(wù)中，所述多播數(shù)據(jù)傳輸事務(wù)為所述請(qǐng)求方節(jié)點(diǎn)將一批數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送給不大 于八個(gè)目的方節(jié)點(diǎn)的傳輸任務(wù)；所述多播路由器是按如下步驟執(zhí)行多播數(shù)據(jù)傳輸事務(wù)：
[0026] 步驟1、所述請(qǐng)求方節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)和路由包給與所述請(qǐng)求方節(jié)點(diǎn)相連的多播 路由器的輸入狀態(tài)機(jī)模塊中；則接收到所述請(qǐng)求信號(hào)和路由包的多播路由器變?yōu)楫?dāng)前節(jié) 占.
[0027] 步驟2、所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的輸入狀態(tài)機(jī)模塊中相應(yīng)方向上的輸入狀態(tài)機(jī)接收到所述 請(qǐng)求信號(hào)和路由包后，將其工作狀態(tài)從空閑狀態(tài)F_IDLE跳轉(zhuǎn)到請(qǐng)求狀態(tài)B_REQ;所述相應(yīng) 方向上的輸入狀態(tài)機(jī)將多播請(qǐng)求信號(hào)以及路由包中的目的方節(jié)點(diǎn)地址發(fā)送給所述優(yōu)先級(jí) 編碼器模塊；
[0028] 步驟3、所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的所述優(yōu)先級(jí)編碼器模塊對(duì)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)中相應(yīng)方向上的 輸入狀態(tài)機(jī)的多播請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，當(dāng)所述多播請(qǐng)求信號(hào)獲得最高優(yōu)先級(jí)時(shí)，將 所述多播請(qǐng)求信號(hào)對(duì)應(yīng)的目的方節(jié)點(diǎn)地址發(fā)送給所述解碼器模塊；
[0029] 步驟4、所述解碼器模塊根據(jù)XY路由算法將所接收到的目的方節(jié)點(diǎn)地址進(jìn)行解 碼，獲得所述多播請(qǐng)求信號(hào)的路由方向和請(qǐng)求方向；并將所述路由方向和請(qǐng)求方向發(fā)送給 所述仲裁器；將所述請(qǐng)求方向和所述目的方節(jié)點(diǎn)地址發(fā)送給所述地址過濾模塊；將所述路 由方向發(fā)送給所述多播請(qǐng)求信號(hào)所對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)機(jī)；
[0030] 步驟5、所述地址過濾模塊根據(jù)約束規(guī)則對(duì)所接收到的目的方節(jié)點(diǎn)地址進(jìn)行過濾， 獲得有效目的方節(jié)點(diǎn)地址并發(fā)送給所述多播請(qǐng)求信號(hào)所對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)機(jī)；
[0031] 步驟6、所述仲裁器模塊根據(jù)所述路由方向和請(qǐng)求方向，判斷與所述路由方向相對(duì) 應(yīng)的輸出狀態(tài)機(jī)的工作狀態(tài)：
[0032] 若與所述路由方向相對(duì)應(yīng)的輸出狀態(tài)機(jī)的工作狀態(tài)均為空閑態(tài)IDLE，則所述仲裁 器產(chǎn)生"允許"信號(hào)并分別發(fā)送給與所述多播請(qǐng)求信號(hào)所對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)機(jī)以及優(yōu)先級(jí)編 碼器模塊；同時(shí)，產(chǎn)生"占用"信號(hào)并發(fā)送給與所述路由方向相對(duì)應(yīng)的輸出狀態(tài)機(jī)；產(chǎn)生"互 連"信號(hào)并發(fā)送給所述交叉開關(guān)模塊；所述"互連"信號(hào)用二十五位二進(jìn)制表示，且每五位二 進(jìn)制數(shù)分別表不所述輸入狀態(tài)機(jī)模塊中的任意一個(gè)輸入狀態(tài)機(jī)與所述輸出狀態(tài)機(jī)模塊中 五個(gè)輸出狀態(tài)機(jī)的連接關(guān)系；
[0033] 若與所述路由方向相對(duì)應(yīng)的輸出狀態(tài)機(jī)的工作狀態(tài)不均為空閑態(tài)IDLE，則所述仲 裁器模塊產(chǎn)生"拒絕"信號(hào)并發(fā)送給優(yōu)先級(jí)編碼器模塊；
[0034] 步驟7、所述多播請(qǐng)求信號(hào)所對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)機(jī)根據(jù)所接收到"允許"信號(hào)將其工 作狀態(tài)從請(qǐng)求狀態(tài)B_REQ跳轉(zhuǎn)到預(yù)鎖定狀態(tài)B_PREL0CK;并將所述多播請(qǐng)求信號(hào)置為"無 效"；
[0035] 所述交叉開關(guān)根據(jù)所接收的"互連"信號(hào)將所述輸入狀態(tài)機(jī)模塊中與所述多播請(qǐng) 求信號(hào)所對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)機(jī)和所述輸出狀態(tài)機(jī)中與路由方向相對(duì)應(yīng)的輸出狀態(tài)機(jī)進(jìn)行互 連；
[0036] 所述路由方向相對(duì)應(yīng)的輸出狀態(tài)機(jī)根據(jù)所接收的"占用"信號(hào)，將其工作狀態(tài)從空 閑態(tài)IDLE跳轉(zhuǎn)為鎖定態(tài)LOCK，并產(chǎn)生新的多播請(qǐng)求信號(hào)；
[0037