[发明专利]一种具有双接入结构的Torus网络系统及其工作方法

权利要求书

1.一种具有双接入结构的Torus网络系统，其特征是，所述Torus网络系统包括若干个路由节点、若干个资源节点和若干条路由通道；

任意一个路由节点具有两个本地接口，两个本地接口分别连接两个对角线方向上的资源节点，任意一个资源节点以对角线的方式接入到两个路由节点上，任意两个相邻的路由节点通过所述路由通道相连接，任意行和任意列首尾的两个路由节点通过所述路由通道连接，从而形成所述具有双接入结构的Torus网络系统；

所述路由节点的组成包括：输入状态机模块、优先级编码器模块、译码器模块、仲裁器模块、交叉开关模块和输出状态机模块；

所述输入状态机模块用于控制数据有序输入，并由四个方向上的输入状态机和两个对角线方向上的输入状态机组成，包括：东向输入状态机、西向输入状态机、北向输入状态机、南向输入状态机、本地0方向输入状态机和本地1方向输入状态机；

任意一个输入状态机的工作状态包括：空闲状态F_IDLE、请求状态F_REQ、预锁定状态F_PRELOCK、锁定状态F_LOCK和失败状态F_FAIL；

任意一个输入状态机的初始状态为空闲状态F_IDLE；

所述输出状态机模块用于控制数据有序输出，并由四个方向上的输出状态机和两个对角线方向上的输出状态机组成，包括：东向输出状态机、西向输出状态机、北向输出状态机、南向输出状态机、本地0方向输出状态机和本地1方向输出状态机；

任意一个输出状态机的工作状态包括：空闲状态F_IDLE和锁定状态F_LOCK；

任意一个输出状态机的初始状态为空闲状态F_IDLE；

所述优先级编码器模块用于根据所设定的优先级顺序控制路由请求的处理顺序；

所述译码器模块用于根据输入的路由请求产生数据传输的路由方向；

所述仲裁器模块用于判断所产生的路由方向在相应的输出状态机上是否被占据；若被占据，则向所述输入状态机模块返回“拒绝分配”信号，若不被占据，则向所述输入状态机模块返回“允许分配”信号，并向所述交叉开关模块发送connection互连信号；

所述交叉开关模块根据connection互连信号实现相应输入状态机与相应输出状态机的互连。

2.一种用于权利要求1所述的具有双接入结构的Torus网络系统的工作方法，其特征是应用于任意两个资源节点之间数据进行传输的过程中；所传输的数据包括：路由包、数据包和结束包；所述路由包包含目的节点地址；定义发送所述路由包的资源节点为请求方源节点，接收所述路由包的资源节点为目的节点；根据所传输的数据沿着所经过路由节点的顺序，定义数据当前所经过的路由节点为当前节点，则数据所经过的上一个路由节点为上游节点，数据将要经过的下一个路由节点为下游节点；

以所述Torus网络系统的任一顶点上的路由节点为原点O，与所述顶点上的路由节点相连的两条互连的路由通道分别为X轴和Y轴，建立坐标系OXY；并以X轴正方向为东向，以X轴的负方向为西向，以Y轴的正方向为北向，以Y轴的负方向为南向；则在所述坐标系OXY中的各个路由节点的位置坐标即为相应路由节点地址；

所述数据传输的过程是按如下步骤进行：

步骤1、所述请求方源节点向与其相连的路由节点的输入状态机模块发送路由请求和路由包，则接收到所述路由请求和路由包的路由节点变为当前节点；

步骤2、所述当前节点的输入状态机模块接收到所述路由包和路由请求；则所述当前节点在所接收方向上的输入状态机的工作状态由空闲状态F_IDLE跳转到请求状态F_REQ；所述接收方向上的输入状态机将路由请求以及路由包中的目的节点地址发送到所述优先级编码器模块；

步骤3、所述当前节点的优先级编码器模块接收到所述路由请求，并根据所设定的优先级顺序处理来自不同方向上的路由请求；从而选出最高优先级的路由请求，并用select信号表示；再将所述select信号及其所对应的路由包中的目的节点地址发送到译码器模块；

步骤4、所述当前节点的译码器模块根据所接收的select信号，根据目的节点切换方法将所述select信号所对应方向的路由包中的目的节点地址与所述当前节点地址进行比较，从而产生可能的路由方向，并用dest信号表示；再将dest信号和select信号发送给仲裁器模块；

步骤5、所述仲裁器模块接收到所述select信号和dest信号后，根据优先级从高到低的顺序依次判断dest信号中对应方向上的输出状态机的工作状态是否为空闲状态F_IDLE；若为空闲状态F_IDLE，则向所述当前节点的对应方向上的输入状态机返回“允许分配”信号，向所述交叉开关模块发送connection互连信号；同时向对应方向上的输出状态机发送“占用”信号，若不为空闲状态F_IDLE，则向对应方向上的输入状态机返回“拒绝分配”信号；

步骤6、所述对应方向上的输入状态机若接收到所述“允许分配”信号；则对应方向上的输入状态机的工作状态由所述请求状态F_REQ跳转到预锁定状态F_PRELOCK；

所述当前节点的交叉开关模块根据所接收到所述connection互连信号将相应输入状态机与对应的输出状态机进行互连；

所述对应方向上的输出状态机根据所接收的“占用”信号由所述空闲状态F_IDLE跳转到锁定状态F_LOCK，并产生一个新的路由请求；

同时，所述对应方向上的输入状态机将所述路由包通过所述交叉开关模块发送到对应方向上的输出状态机；并执行步骤10；

所述对应方向上的输入状态机若接收到所述“拒绝分配”信号，则对应方向上的输入状态机的工作状态由所述请求状态F_REQ跳转到失败状态F_FAIL；并向上游节点的对应方向上输出状态机模块发送“路由失败”信号后，再由失败状态F_FAIL跳转到空闲状态F_IDLE，并执行步骤7；

步骤7、所述上游节点对应方向上的输出状态机接收到“路由失败”信号由所述锁定状态F_LOCK跳转到空闲状态F_IDLE，同时将“路由失败”传输到所述上游节点对应方向上的输入状态机；

步骤8、所述上游节点对应方向上的输入状态机根据接收到“路由失败”信号由所述预锁定状态F_PRELOCK跳转到所述失败状态F_FAIL，同时返回“路由失败”信号至所述上游节点的上游后，再由失败状态F_FAIL跳转到空闲状态F_IDLE，直到所述“路由失败”信号返回到所述请求方源节点为止；

步骤9、所述请求方源节点接收到“路由失败”信号后，返回执行步骤1；

步骤10、所述对应方向上的输出状态机将新的路由请求以及接收到的路由包发送到下游节点或所述目的节点；

步骤11、判断所述当前节点是否为与目的节点相连的路由节点，若为与所述目的节点相连的路由节点，则执行步骤12；否则，所述当前节点变为上游节点，与接收到所述“占用”信号的输出状态机相连的下游节点变为当前节点，并返回步骤2执行；

步骤12、所述目的节点接收到新的路由请求和路由包后，产生“通道锁定”信号并返回到与所述目的节点相连的路由节点相应方向上的输出状态机；

步骤13、接收到所述“通道锁定”信号的路由节点对应方向上的输出状态机将所述“通道锁定”通过交叉开关模块返回到所述对应方向上的输入状态机；

步骤14、接收到所述“通道锁定”信号的对应方向上的输入状态机的工作状态由所述预锁定状态F_PRELOCK跳转到锁定状态F_LOCK，同时将“通道锁定”传输到对应方向上的上游节点输出状态机；直到所述“通道锁定”信号返回到所述请求方源节点为止；

步骤15、所述请求方源节点接收到“通道锁定”后，表示从所述请求方源节点到所述目的节点间的数据传输通道建立完成，所述请求方源节点将数据包通过所述数据传输通道传输到所述目的节点；

步骤16、所述请求方源节点发送完数据包后，再发送结束包；

步骤17、当所述目的节点接收到结束包后产生“通道撤销”信号并返回到与所述目的节点相连的输出状态机；

步骤18、与所述目的节点相连的相应方向上的输出状态机接收到“通道撤销”信号将工作状态从锁定状态F_LOCK跳转到空闲状态F_IDLE，同时通过所述交叉开关模块将“通道撤销”信号发送到对应方向的输入状态机；

步骤19、所述当前节点对应方向上的输入状态机若接收到“通道撤销”信号；则对应方向上的输入状态机的工作状态由所述锁定状态F_LOCK跳转到空闲状态F_IDLE；同时返回“通道撤销”信号至所述上游节点的对应方向上的输出状态机后，直到所述“通道撤销”信号返回到所述请求方源节点为止；

步骤20、所述请求方源节点接收到“通道撤销”信号后，表示所述请求方源节点与所述目的节点之间的数据传输通道已撤销，且数据传输已完成。

3.根据权利要求2所述的具有双接入结构的Torus网络系统的工作方法，其特征是，所述目的节点切换方法为：

任意一个路由节点具有两个位置坐标；包括一级坐标和二级坐标；

在所述坐标系OXY中，假设当前节点的一级坐标为(x1,y1)、二级坐标为(x2,y2)；则与所述当前节点在本地0方向上相连接的资源节点的位置坐标为(x1,y1)；与所述当前节点在本地1方向上相连接的资源节点的位置坐标为(x2,y2)；假设目的节点的位置坐标为(x,y)；则按如下方式产生可能的路由方向：

当x>x1时，则路由请求可能的路由方向为东向；

当x<x1-1时，则路由请求可能的路由方向为西向；

当y>y1时，则当前请求可能的路由方向为南向；

当y<y1-1时，则当前路由请求可能的方向为北向；

当x＝x1且y＝y1-1时，

若路由请求来自南向，则可能的路由方向为东向和北向；

若路由请求来自西向，则可能的路由方向为东向和北向；

若路由请求来自东向，则可能的路由方向为北向；

若路由请求来自北向，则可能的路由方向为东向；

当x＝x1-1且y＝y1时，

若路由请求来自东向，则可能的路由方向为南向和西向；

若路由请求来自北向，则可能的路由方向为南向和西向；

若路由请求来自南向，则可能的路由方向为西向；

若路由请求来自西向，则可能的路由方向为南向；

当x＝x1且y＝y1时，

若路由请求来自东向，则可能的路由方向为本地0方向和南向；

若路由请求来自南向，则可能的路由方向为本地0方向和东向；

若路由请求来自西向，则可能的路由方向为本地0方向、东向和南向；

若路由请求来自北向，则可能的路由方向为本地0方向、东向和南向；

当x＝x2且y＝y2时，

若路由请求来自东向，则可能的路由方向为本地1方向、北向和西向；

若路由请求来自南向，则可能的路由方向为本地1方向、北向和西向；

若路由请求来自西向，则可能的路由方向为本地1方向和北向；

若路由请求来自北向，则可能的路由方向为本地1方向和西向。