[发明专利]适用于全局异步局部同步片上互连网络的路由器装置

权利要求书

1.适用于全局异步局部同步片上互连网络的路由器装置，其特征是：

所述路由器具有3个流水级，分别为写缓存和路由计算(BW/RC)、虚通道分配和交叉开关分配(VA/SA)、以及通过路由器(ST)；

该路由器在BW/RC级对微片进行缓存和时钟域的转换，并利用时钟域转换的延迟对数据包进行路由计算和对计算结果的同步；在VA/SA级以投机的方式同时对虚通道和交叉开关的使用权进行申请，虚通道分配器对虚通道请求做出仲裁，交叉开关分配器只对非投机微片的交叉开关请求进行仲裁，并直接将虚通道请求的仲裁结果直接做为微片投机申请交叉开关的仲裁结果，交叉开关分配器优先选择非投机交叉开关请求的仲裁结果做为最终的交叉开关分配结果；在ST级，交叉开关选择器根据交叉开关的仲裁结果，连通相应虚通道的输入端口至输出端口，微片离开异步缓存通过路由器。

2.根据权利要求1所述的适用于全局异步局部同步片上互连网络的路由器装置，其特征是：

在全局异步局部同步的片上互连网络路由器中，利用异步先入先出缓存对微片进行时钟域转换的延迟对数据包头微片进行路由计算，并在微片可在异步先入先出缓存的读端口被读取时可供后续电路使用；

在路由器的交叉开关分配器中，直接采用虚通道分配的结果做为投机交叉请求的仲裁结果。

3.根据权利要求2所述的适用于全局异步局部同步片上互连网络的路由器装置，其特征是：

路由器在网络中的最小传输单位是微片，所述微片由微片头和载荷两部分组成；微片头包含微片的类型、源地址和目的地址信息，载荷为微片传输的有效数据；路由器根据每个数据包头微片中的微片头中的信息进行路由计算。

4.根据权利要求1、2或3所述的适用于全局异步局部同步片上互连网络的路由器装置，其特征是：

所述路由器装置包括：

多个物理通道用于物理微片的传输，物理通道的宽度为一个微片宽度，每个物理通道可以提供多个虚通道，在输入通道中使用异步先入先出缓存构建虚通道缓存，输出通道不提供通道缓存，缓存宽度为一个微片宽度，深度可为2的N次方；

多个路由计算单元，分布在输入通道的入口，根据输入微片的微片头信息决定微片的转发方向，每个输入通道中的虚通道之间共享一个路由计算单元；

多个输入信号分配器，根据微片携带的虚通道编号将数据和控制信号传递给相应的虚通道缓存和虚通道状态寄存器；

多组虚通道状态寄存器，用于记录虚通道的状态，并拥有相应的逻辑电路根据虚通道状态寄存器的值产生虚通道请求和交叉开关请求；每条虚通道都拥有独立的虚通道状态寄存器和请求产生逻辑；

多个分布式虚通道分配器，每个输出通道拥有一个虚通道分配器，当同时存在多个虚通道请求时，根据一定的仲裁策略选择其中一个请求获得虚通道的使用权；虚通道分配器根据下一跳路由器中虚通道的占用状态维护一个可被分配的虚通道队列，从中选择一条虚通道分配给赢得仲裁的请求；

多个分布式交叉开关分配器，每个输出通道拥有一个交叉开关分配器，对非投机的交叉开关请求进行仲裁，并使用虚通道分配器的仲裁结果作为投机交叉开关请求的仲裁结果，交叉开关分配器优先选择非投机交叉开关请求的仲裁结果；

多个分布式交叉开关选择器，每个输出通道拥有一个交叉开关选择器，根据交叉开关分配器的仲裁结果提供输入虚通道到输出通道的连接。

5.根据权利要求4所述的适用于全局异步局部同步片上互连网络的路由器装置，其特征是：

路由器工作在多个时钟域，适用于全局异步局部同步的片上互连网络；路由器每个输入通道中的异步先入先出缓存的写端口，路由计算单元、输入信号分配器和部分虚通道状态寄存器工作在各自的时钟域，时钟信号由与输入通道相连的上一跳路由器提供；微片通过异步先入先出缓存同步到路由器本地时钟域，即异步先入先出缓存的读端口工作在路由器本地时钟域；路由器中的另一部分虚通道状态寄存器、虚通道分配器、交叉开关分配器、以及交叉开关选择器等均工作在路由器的本地时钟域；路由器中的微片、传输请求和控制信号都由路由器本地时钟域同步后向下一跳路由器输出，路由器的本地时钟也同时传输到下一跳路由器；路由器的每一个输入通道都可以连接一个不同时钟域的信号，构成全局异步局部同步的片上互连网络；

路由器为每个输入通道提供一个路由计算单元，使用一定的路由算法对数据包的头微片进行路由计算；当数据包中的其他微片进入输入通道时，不需要进行路由计算，直接使用头微片获得的路由计算结果；路由计算与微片写入异步先入先出缓存在同一个时钟周期进行；在微片传输的同时，上一跳路由器提供微片所使用的虚通道号，用于选择本级路由器中的相应虚通道缓存和状态寄存器的控制信号；微片写缓存和路由计算在BW/RC级完成；

路由器为每个输入通道提供一个输入信号分配器，根据微片携带的虚通道编号，将微片数据写入相应编号的虚通道缓存，并将路由计算结果写入相应编号的虚通道状态寄存器；

路由器为每个虚通道提供一组虚通道状态寄存器，记录数据包路由计算的结果、异步先入先出缓存的空满指示、虚通道的占用状态、虚通道申请的结果、以及得到的虚通道编号；保存路由结果的寄存器和虚通道满状态的寄存器工作在上一跳路由器的时钟域，其他寄存器均工作在本地路由器的时钟域；虚通道的满信号和占用状态需要反馈给上一跳路由器，用于流量控制和虚通道分配；路由器为每组虚通道状态寄存器提供相应的逻辑产生虚通道的申请和交叉开关的申请，请求信号在VA/SA级产生；

路由器提供多个虚通道分配器，用于为数据包分配一条下一跳路由器中的虚通道；虚通道分配器根据下一跳路由器反馈的信号维护虚通道分配状态的列表，虚通道占用状态是产生于下一跳路由器本地时钟域的信号，虚通道分配器提供同步器将虚通道占用状态同步到虚通道分配器所在的时钟域；当有多个数据包同时申请虚通道时，虚通道分配器中的仲裁单元使用一定的算法选出优先级最高的数据包获得虚通道的使用权，并将可用虚通道的编号反馈给该数据包所在虚通道的状态寄存器；虚通道分配器将向交叉开关分配器提供虚通道分配的结果，用于交叉开关的投机申请；虚通道分配的过程在VA/SA级完成；

路由器提供多个交叉开关分配器，每个交叉开关分配器分别控制一个交叉开关选择器；每个交叉开关分配器具有一个仲裁单元，用于对非投机数据包的交叉开关请求做出仲裁；已经获得下一跳路由器中虚通道使用权的数据包称为非投机数据包，未获得下一跳路由器中虚通道使用权的数据包称为投机数据包；交叉开关分配器使用虚通道分配器提供的虚通道分配结果做为投机交叉开关请求的仲裁结果；当有非投机数据包参与交叉开关的分配时，选择非投机的交叉开关请求的仲裁结果做为最终的交叉开关分配结果；当没有非投机数据包参与交叉开关分配时，选择投机交叉开关请求的仲裁结果做为最终的交叉开关分配结果；交叉开关分配的过程在VA/SA级完成；

路由器提供多个全连接的交叉开关选择器，每个交叉开关选择器负责一个路由器输出端口；每条虚通道都拥有一个交叉开关选择器输入端口，可以直接连接到任意一个交叉开关选择器的输出端口；每个交叉开关选择器的连接配置由交叉开关分配器决定；获得交叉开关使用权的微片在交叉开关配置完成后离开虚通道缓存到达路由器的输出端口，该过程在ST级完成。