[发明专利]一种基于通道依赖关系图的片上互联网络容错路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及可靠性计算技术领域，特别涉及一种基于通道依赖关系图的片上互联网络容错路由方法。

背景技术

随着芯片集成度的不断提高以及日益增长的对复杂计算的需求，计算系统逐渐由单核向多核(multi-core)发展。为了解决多核通讯的复杂问题，片上网络(Network-on-Chip简称NoC)提供了一种高性能，高扩展性以及高靠性的解决方法，成为多核系统的核心技术。

先进半导体制造工艺的采用以及单芯片上集成晶体管数目的激增，使得系统出现故障的几率大大增加，因此系统的可靠性变得越来越重要，即故障存在的情况下，如何保证系统的正常运行及通信成为片上网络系统的研究热点。晶体管缺陷是造成系统故障的主要原因，其成因主要有两种：一、随机掺杂波动、短波长光刻技术等制造工艺导致的永久性缺陷；二、高能带电粒子轰击造成单粒子翻转，电压和温度的变化，串扰以及电磁干扰导致的瞬态故障。传统的出厂测试无法有效检测组件由于老化造成的缺陷和系统运行中出现的瞬态故障。片上网络系统的可靠性可以通过采用硬件冗余设计，再次传输策略以及容错路由方法在多核通信传输时，避免故障区域的影响，从而避免通信传输过程中信息的无法到达和内容的遗失。其中容错路由算法由于硬件开销少及可重配置的特性获受到广泛的关注和研究。

片上网络容错包括两个步骤：故障检测和容错(故障遏制)。专用的内建测试机制通过向临近节点发送测试信号，经过一定的时间检测临近的节点是否接收到检测信号来标定是否存在故障。片上网络的故障类型包括：路由器故障和链路故障。故障的存在给多核片上网络通信系统带来很多挑战：一是，如何提高系统资源利用率。已有的故障诊断方法将路由器标定为两种状态——完全正常工作状态和完全失效状态。该诊断方法将部分故障的路由器标定为完全失效状态，无法充分利用部分故障路由器中没有故障的组件；二是，如何避免死锁。故障分布的不可预知导致片上网络系统拓扑结构变得不规则不对称，使得通信环路难以检测，容易产生死锁现象；三是，如何均衡通道负载。已有的容错路由方法常常忽略通道负载平衡，将会造成片上互联系统提前饱和，甚至致使过负载部分局域温度过热形成热点，导致可靠性问题的进一步恶化。

标准虚拟通道(virtual-channel，简称VC)路由器微体系结构每个输入端口均连接一定数目的缓存器(buffer)，对应的物理链路由不同缓存器通过时分复用完成各自的数据通讯，在功能上各通道相互独立，我们称为虚拟通道。VC的数目和存储深度由实际情况决定。buffer用来存储传输的数据；路由计算单元确定数据传输的下游节点；VC分配单元决定数据传输的下游节点对应的虚拟通道。最后，开关分配器(switch allocator)决定数据包通过crossbar的顺序。已有的故障诊断方法将路由器标定为两种状态——完全正常工作和完全失效。将部分故障的路由器标定为完全失效状态，无法充分利用部分故障路由器中无故障组件，致使资源无法充分利用。假设第一个输入端口对应的第二个虚拟通道发生故障，同时crossbar中由东向北的链路发生故障，路由器其他部分仍可正常工作。简单标定该路由器完全失效，无法充分发挥部分故障路由器中未故障组件的作用，会造成系统资源的浪费。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于通道依赖关系图的片上互联网络容错路由方法，该容错方法不需要增加额外的硬件开销，能够充分利用无故障的组件，提高系统资源的利用率，并有效解决NoC死锁问题，分析各通道带宽使用及数据流的传输需求，通过静态的分配资源达到通道负载均衡分配，最终实现高带宽，低延时的传输。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于通道依赖关系图的片上互联网络容错路由方法，包括以下步骤：

步骤一、首先对应用程序模块的通信特性进行分析，分析应用程序模块是否存在通信要求，根据应用程序模块之间是否存在通信要求生成二分图，二分图中的应用程序模块分别列于源节点和目标节点两侧，实线表示对应的应用程序模块间有通信需求；并生成相应的应用程序模块通信关系矩阵application traffic matrix，简称ATM，ATM由对应的通信关系二分图生成，ATM中元素1表示横纵坐标对应的两应用程序模块之间存在通信需求，元素0表示应用程序模块之间不存在通信需求；