[发明专利]一种可动态切换工作模式的片上网络路由器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及多核处理器片上系统技术领域，特别是一种可动态切换工作模式的片上网络路由器及方法。

背景技术

随着多核处理器片上系统(Multiprocessor System-on-Chip,MPSoC)中集成的处理器核越来越多，基于数据包传输方式的片上网络(Network-on-Chip，NoC)为各处理器核之间的互连提供了高效、可靠的通信架构。伴随处理器核数目的不断增多，片上暗硅(Dark-Silicon)问题也随之出现，即为了维持多核系统性能不超过散热设计功耗，部分处理器核需要处于关闭状态或者不能持续长时间的运行周期。针对暗硅问题，已有的解决方案均集中于优化片上处理器核的功耗，而没有考虑片上互连的优化设计。

然而，若对片上互连不进行优化设计，片上网络组件(路由器、网络接口)就必须一直保持在工作状态，否则被随意关闭的路由器会阻止节点间地数据包传输以及对共享资源的访问，且会使得片上网络功耗开销在片上资源功耗开销中所占的比例进一步上升。由于路由器是片上网络互连架构中的重要组件，也是互连网络中消耗功耗最多的部分，故设计低功耗的片上网络路由器是面向暗硅问题中优化片上互连设计的重要手段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种可动态切换工作模式的片上网络路由器及方法，本发明可动态切换于多种工作模式的片上网络路由器包括直通模式、无缓存模式和混合缓存模式三种工作模式，可依据多核处理器片上系统不同的运行状况和通信负载在各种工作模式间动态切换。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种可动态切换工作模式的片上网络路由器，包括电源门控PG控制器、第一至第三门控模块、直通模块、输入端口、输入端口控制模块、输入混合缓存区、路由模块、输出端口控制模块和输出端口；所述路由模块包括路由计算模块、仲裁分配模块和交叉开关模块，所述输入端口包括东输入端口、西输入端口、南输入端口、北输入端口和本地输入端口，输出端口包括东输出端口、西输出端口、南输出端口、北输出端口和本地输出端口；PG控制器与第一至第三门控模块的输入端分别连接，第一至第三门控模块的输出端分别与输入混合缓存区、路由模块、直通模块分别连接，第一至第三门控模块、输入端口控制模块、输出端口控制模块分别与电源连接；其中，

PG控制器，用于根据关断信号en和第一唤醒信号wu1、第二唤醒信号wu2、第三唤醒信号wu3的状态产生第一门控信号PG1、第二门控信号PG2和第三门控信号PG3；第一门控信号PG1输出至第一门控模块，第二门控信号PG2输出至第二门控模块，第三门控信号PG3输出至第三门控模块；当路由器所连的资源内核无任务执行时，关断信号en为1；当路由器所连的资源内核有任务执行时，关断信号en为0；

第一至第三门控模块，用于根据各自接收的第一门控信号PG1、第二门控信号PG2、第三门控信号PG3，来决定输出的虚拟电源Vdd1、Vdd2、Vdd3的值，以实现对其所连的输入混合缓存区、路由模块、直通模块的门控；

直通模块包括计数器、注入率计算函数器、第一阈值比较器和直通单元；其中，

计数器，用来对当前路由器中到来的完整数据包进行计数，得到数据访问次数cnt1；输出cnt1和经历的总时钟周期数至注入率计算函数器；

注入率计算函数器，用于根据cnt1和经历的总时钟周期数计算得到当前的数据包注入率rate，输出rate至比较器；

第一阈值比较器，用于将rate和设定第一阈值进行比较，得到第一唤醒信号wu1并将其输入到PG控制器中；

仲裁分配模块包括输入仲裁模块、偏转判断模块、偏转数目计数器、偏转率计算函数模块、第二阈值比较器、竞争判断模块、竞争数目计数器、竞争率计算函数模块和第三阈值比较器；其中，

输入仲裁模块，用于在多个输入端口请求相同的最佳输出端口情况下，采用仲裁算法进行仲裁，控制交叉开关模块进行输入端口和输出端口的数据交换；产生的微片仲裁结果输出至偏转判断模块和竞争判断模块；

偏转判断模块，用于根据产生的微片仲裁结果，得到偏转信号def，偏转信号def输出至偏转数目计数器；当def值为0则代表此时无微片争夺情况产生，不会有任何微片被偏转；当def值为1则表示有偏转情况产生；

偏转数目计数器，用于当有偏转情况产生即def值为1，偏转数目信号def_num的值就加1，输出偏转数目信号def_num至偏转率计算函数模块；