[发明专利]基于网络信息的片上网络路由器调度方法

说明书

技术领域

本发明属于网络技术领域，涉及系统级芯片和片上网络路由器调度方法，适用于不同规模的片上网络业务在路由器中低阻塞快速通信。

背景技术

基于总线架构的片上系统SoC是采用知识产权IP核复用技术进行集成电路的设计，这些IP核通常是通用处理器、数字信号处理器DSP、微处理器ARM、存储器模块RAM等等。随着半导体工艺的发展和芯片处理器主频的快速增长，单硅芯片上集成的IP核越来越多，SoC总线架构面临诸多问题，主要表现在三个方面：(1)地址空间问题。由于同一时刻只允许一对节点通信，当通信数量增多时，地址空间有限而无法支持较多IP核之间的互连，限制了系统的可扩展性。(2)长互连线问题。随着与总线相连IP核数目的增加，总线长度随之增加，此时互连线时延成为IP核之间通信时延的主要组成部分。(3)功耗问题。系统级芯片工作在百万门以上集成度和高时钟频率下，巨大的功耗使芯片封装及可靠性不能够得到保证，同时也缩短了芯片的寿命周期。采用总线架构的设计方法越来越不能满足超大规模集成电路VLSI设计的需求。因此为了能更好地组织芯片上的众多IP核，需要采用可扩展性好、模块化、可重用性好、高性能的互连结构。

国外研究机构于2000年提出的片上网络NoC结构，将计算机网络技术引入到芯片设计中，来寻求解决采用总线架构的SoC发展瓶颈问题。NoC采用全局异步局部同步策略将各个IP核用路由器、链路等资源连接起来。可以解决SoC系统设计所面临的诸多难题。因此，NoC的研究已经成为了当今学术界和工业界的研究热点。

方格子Mesh拓扑结构由于具有形状规则、易于部署等优点，因此广泛应用于片上网络设计中，当前大多数商用NoC芯片采用的是基于Mesh拓扑结构的片上互连方式。Mesh常采用的路由算法为维序X-Y路由，因为这种路由算法不但具有无死锁特性，而且实现简单，不会影响路由器关键路径长度，大多数商用NoC芯片所采用的就是这种路由算法。

片上路由器是NoC的关键部件，它负责各个IP核之间的业务转发，完成了交换机制、路由算法、流控、调度等关键技术。其中调度决定了业务在路由器中离开的顺序。片上网络常见的调度算法主要包括基于优先级和基于公平策略两类方式，其中采用公平策略的轮询算法实现简单，因此在路由器的调度设计中应用较多。

虫孔路由器是片上网络常用的路由器结构，因为该路由器对缓存队列的要求比较低，每个端口设置一个缓存队列，每个缓存队列为一个微片，大大降低了芯片的面积。但是这种路由器队头阻塞较为严重，所以网络的吞吐并不高，而且由于队头阻塞导致的队列等待时延也较长。为了缓解队头阻塞问题，研究人员提出了虚信道路由器结构，这种路由器采用时分复用的方式将链路和带宽进行共享，不但缓解了队头阻塞问题而且较好地提高了网络性能，这种虚信道路由器通过为每个端口设置虚信道来共享缓存单元，每条虚信道都设置了独享的先入先出队列，但是由于芯片面积和功耗的限制，每个端口的队列长度有限，存放业务分组的长度也很有限，所以当分组长度较长并且网络的业务负载较大时，一个分组的微片可能被阻塞在多个路由器节点或链路中，而已阻塞的微片会进一步阻塞网络中的其它分组，最终使整个网络拥塞极其严重并迅速饱和，时延增大、吞吐迅速下降。另外，在基于Mesh拓扑网络上，对于不同的业务模式，采用维序X-Y路由方法和轮询仲裁策略容易导致网络中间区域的路由器和链路阻塞较为严重，这主要是因为维序X-Y路由方法只有当分组到达与目的地址同一列的位置才进行转向，所以网络中的中间链路和路由器会因转发大量的分组而阻塞较为严重；而采用轮询仲裁策略的调度方法只是根据仲裁器里指针指向请求的位置而进行请求和响应的匹配，并没有考虑网络的其它信息和请求的类型，所以会导致本应该早离开路由器的分组等待了较长时间，两类因素最终导致了业务在网络中的分布并不均匀。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于网络信息的片上网络路由器调度方法，以减少网络的拥塞程度，降低网络的时延并提高网络的吞吐。

为实现上述目的，本发明的技术包括如下步骤：

(1)设定路由器两阶段调度参数步骤：