[发明专利]一种层次化可重构的片上网络建模与仿真系统

说明书

技术领域

本发明属于片上网络系统技术领域，具体涉及一种层次化可重构的片上网络建模与仿真系统。

背景技术

随着集成电路以及半导体工艺技术的快速发展，片上系统的规模越来越大。片上网络（Network-on-Chip，NoC）作为解决大规模片上系统中全局通信问题的新方法，显著改善了系统的性能，被认为是未来片上系统多核技术发展的必然方向。NoC设计包括拓扑结构选择、路由算法确定、以及基本组件设计等环节，各环节不同的设计方案在性能上存在巨大的差异，因而构建一个通用的可重构片上网络系统建模与仿真系统显得尤为重要。

已有的NoC仿真平台可以分为两大类，一类采用高级语言设计，能够对NoC快速地建模与性能分析，但由于抽象层次较高，忽视了物理层对性能的影响，会造成评估结果与实际情况有较大偏差；另一类是直接采用硬件描述语言对NoC系统进行模拟，但这种方法灵活性差、仿真速度慢，无法准确详细地对片上网络设计细节（如拓扑结构、流量模式等）进行研究。而且上述片上网络性能评价模型或模拟器尽管各具特点，但均缺少了对测试环境进行动态配置的能力。

发明内容

本发明的目的是针对目前片上网络仿真系统的不足，提供一种层次化可重构的片上网络建模与仿真系统。该系统支持不同拓扑结构、网络规模、路由算法、缓冲区深度等片上网络体系结构参数，以及多种通信流量模式的灵活动态配置，以实现多种片上网络架构在不同通信模式与通信负载下的快速建模与性能仿真。

实现本发明的技术方案如下：

一种层次化可重构的片上网络建模与仿真系统，其特征在于：该系统包含如下层次：

a）测试层，由可重构的路由单元与网络接口单元组成，可动态改变片上网络结构特征参数，以支持多种片上网络结构；

b）主体层，由具有OCP接口的资源节点组成，通过OCP接口与路由单元相连，资源节点内部集成了流量生成、接收和性能分析模块，以支持多种通信模式和通信负载，以及通信数据统计分析；

c）操作层，由软件配置模块组成，提供良好的人机交互界面，用于片上网络结构特征参数和通信模式的灵活配置与片上网络结构生成。

本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明针对采用高级语言和硬件描述语言分别设计仿真平台的优劣，构建层次化的NoC仿真平台，包括以高级语言设计的软件配置模块组成的操作层，以及以硬件描述语言设计的片上网络通信节点和资源节点组成的测试层和主体层。其中，片上网络通信节点和资源节点具有可重构性，能对仿真的NoC系统结构及通信模式等进行动态配置。本发明还进一步将开放式核协议OCP运用到NoC仿真系统中，设计具有OCP接口的NoC资源节点，通过OCP协议与NoC路由单元进行通信，以提高模型的通用性，并将流量产生机制、接收机制和性能分析逻辑单元集成在资源节点内部，使得评价模型层次简单、结构清晰，可灵活配置。本发明能够实现不同架构片上网络在不同通信模式与通信负载下的快速建模与性能仿真，对基于各种不同参数设计的NoC体系结构进行准确全面地性能评价，为面向具体应用的NoC设计选择最佳互连体系结构提供依据。

附图说明

图1是层次化可重构的片上网络仿真系统结构图；

图2是可重构路由单元结构图；

图3是路由单元输入模块结构图；

图4 是循环控制方式生成可配置输入端口代码结构图；

图5 是路由单元路由计算模块结构图；

图6 是路由单元仲裁模块结构图；

图7是路由单元中数据交换开关模块可重构结构图；

图8是路由单元输出模块结构图；

图9是网络接口结构图；

图10是OCP协议固定数据包格式；

图11是数据微片格式；

图12是资源节点结构图；

图13是资源节点中流量生成模块结构图；

图14是资源节点中流量接收与性能分析模块结构图；

图15是基于OCP接口的片上网络通信结构图；

图16是基于操作层软件构建NoC模型流程图。

具体实施方式

以下结合附图，通过具体实施方式对本发明进行详细描述。

本发明层次化可重构的片上网络仿真系统包括操作层、主体层和测试层三个层次，用于对片上网络关键特性进行建模和性能指标统计分析，其结构如图1所示。每一层的功能组成及关系说明如下。