[发明专利]片上网络通信死锁避免方法、路由器及通信网络

说明书

本发明公开了一种片上网络通信死锁避免方法、路由器及通信网络，通过网络分层的方法来减少网络中多个多播分组发生多播死锁的概率，在单个通信子网内，多播分组最多发往2个输出端口，多播分组间产生多播死锁概率大大降低。另一方面当多播树建立过程中形成死锁时，缓存发生死锁的多播分组，同时改变其他多播分组传输路径为水平方向，促使网络从死锁中恢复过来。本发明具有通信效率较高，且路由器结构简单、设计面积低的优点。

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，特别涉及一种基于树的片上网络通信死锁避免方法、路由器及通信网络。

背景技术

随着集成电路工艺的发展，硅片上集成数十亿晶体管已成为现实，处理器步入多核时代。多核处理器将多个知识产权 (IP, Intellectual Property) 核集成在同一块芯片上构成片上系统 (SoC, System on Chip)。由于总线结构技术成熟易实现，片上系统基本都采用总线结构实现IP核之间的通信。然而随着IP核数目的增加，总线结构资源利用率低、时钟同步困难、时钟树功耗大、可扩展性差、可重用性差等缺点也越发突出。为了克服总线的不足，一种新型片上通信模式——片上网络(NoC, Network on Chip)应运而生。片上网络将计算机网络中的并行通信思想引入到片上系统设计中。路由器之间通过点到点双工链路互连组成并行通信网络；IP核通过网络接口接入到网络中；IP核之间通过并行通信网络实现数据传输。片上网络的出现有效的增加了片上系统带宽、降低面积与功耗的开销、提升了重用设计的水平、降低了设计复杂度。

应用的发展使得多播通信以及广播通信在片上系统当中变得越来越普遍。例如在缓存一致性存储系统当中，系统共享缓存当中的数据信息需要与IP核私有缓存当中的数据保持一致，当共享缓存当中的数据变化时就需要向各个相关IP核发送缓存一致性请求。在该系统当中，多播通信的比例高达12.4%。然而传统的片上网络设计当中往往只考虑单播通信，很少考虑多播通信。这是由于多播通信的引入使得片上通信关系变得更加复杂，多播通信的比例以及一个源节点对应的目的节点数目（目的节点集）的增加会大大增加网络通信量，而有限的片上网络资源使得网络更加容易饱和。另外，多播目的节点集合的变化也会使得网络更加容易出现网络流量不均衡、平均链路利用率低下等问题。因此，如果直接将传统的单播片上网络运用于多播通信，网络性能将急剧下降。但是，与多次单播的通信方式相比，采用多播通信方式能够大幅提高网络的通信性能，降低系统功耗。因此，设计一种能较好地支持片上多播通信的片上网络是很有必要的。

目前主要有两种常见的多播路由方式实现多播通信：基于路径的路由方式和基于树的路由方式。在基于路径的路由方式中，多播分组以一种最节省网络带宽资源的方式依次访问各个目的节点。源节点在发送数据之前需要将多个目的节点地址依照访问的顺序依次排列。这种方式会占用较多的资源并带来较大的排序时延，而片上网络有着更为严格的面积时延约束，采用这种实现方式并不现实。在基于树的多播通信方式中，多播分组根据多个目的节点地址将沿着尽可能远的共同路径进行传播，并在通往不同目的节点集的信道分支节点处复制多播分组并转发出去，直至转发到各个目的节点，可以生成从源节点到多个目的节点的具有最短路径、最小开销的多播树。这种方式能够减少多播分组在网络当中的复制次数和相同数据对网络资源的竞争，从而减少网络流量，避免网络拥塞。但是，由于在多播分组的传输过程中，需要建立一棵从源节点到各个目的节点的多播树，当多个多播分组需要使用相同的网络资源，在占用部分资源的同时请求其他多播分组占用的资源时会形成较为严重的多播死锁。如何解决基于树的多播通信中复杂的多播死锁成为设计多播片上网络的关键。

使用基于树的多播通信方式主要有两种实现方案：1、在数据传输之前建立从源节点到目的节点的多播树，数据传输之后再将建立的多播树释放；在该方法在多播树的建立阶段会消耗较大的时延，并且维持较大的针对各个多播树的查找表也会消耗较大的缓存空间，并且也回避了多播树建立过程中产生的多播死锁问题；2、使用单虚信道虫孔交换的方式，多播分组顺着头微片建立的通道顺序传输；多播分组之间通过标号的形式进行区分，分组标号在中间路由器传输时进行更新。但是，由于标号的有限性该方案只能缓解多播死锁，不能避免死锁的产生。