[发明专利]基于拓扑重构和路径规划的Torus网络容错方法

说明书

本发明公开了一种基于拓扑重构和路径规划的Torus网络容错方法，以解决航空电子系统中TT消息在Torus网络发生故障时的重调度问题。该方法一方面改进了Torus结构使其支持拓扑重构；是在改进Torus网络结构的每个节点－区域块增加一个处理单元DPE和一个路由器DR；另一方面将节点繁忙度作为待调度TT消息获取最短路径及备选路径的依据，然后按照最短路径依次搜索能容纳当前TT消息传输的最早的连续空闲时间长度。本方法将片上系统拓扑结构的静态冗余和动态重构相结合，提高了Torus网络的可靠性，从而缩短了发生故障时TT消息的重调度时间。

技术领域

本发明涉及航空电子片上网络的容错方法，更特别地说，是指一种基于拓扑重构和路径规划的Torus网络的容错方法。本发明针对的是航空电子片上网络，其网络结构采用了Torus网络构型。

背景技术

随着分布式综合模块化航空电子系统(Distributed Integrated ModularAvionics，DIMA)体系的提出以及集成电路技术的发展，未来航空电子系统将朝着以芯片实现的微小型智能组件的方向发展。其中，跨域微小型智能组件(比如传感器、微控制器、数字信号处理单元等)的互连网络称为芯片间网络；单一芯片上多核之间的互联网络称为片上网络(Network-on-chip，NoC)。航空电子系统对可靠性要求较高，因此提高航空电子时间触发片上网络的容错性是确保其能应用于航空电子系统的前提条件。如图1所示的航空电子系统的体系结构，片上系统(SoC)是执行某种特定功能的模块；片上系统(SoC)之间通过TTE等有线网络互连；单一芯片上多核之间通过时间触发片上网络(TTNoC)通信，其中每个时间触发片上网络(TTNoC)节点都包括一个路由器(Route)、一个处理单元(PE)；控制器(Controller)的功能是根据故障信息产生控制信号完成网络重构。

NoC上的拓扑分为直接互连和非直接互连两大类，直接互连结构的各个路由节点之间是通过链路直接相连的，而非直接互连方式中路由节点之间通过交叉开关相连。对于直接互连拓扑结构一般有Mesh网络(译文为，网格网络)、Torus网络(译文为，环形网络)；所述Torus网络是将Mesh网络的每一行和每一列分别环绕起来，从而降低网络直径、提高网络通信速度，但是也增加了网络成本和功耗，并且给片上多处理器的布局布线带来一定困难。参考2011年10月第38卷第10期《计算机科学》，作者王炜等，“片上网络互连拓扑综述”中公开的Torus网络拓扑结构图，如图2所示。

时间触发(Time-Triggerd，TT)流量具有严格的时间确定性，其转发时刻遵循事先配置好的静态调度表。已有的TT消息调度表的生成大多基于可满足性模理论(Satisfiability Modulo Theories)，将配置好的约束条件输入SMT求解器求得结果，一方面当拓扑规模较大时，求解时间呈指数型上升；另一方面，若有节点或链路发生故障时，需要更改约束条件重新求解，不适合在线重构，尚需一种支持在线重构的时间触发片上网络(TTNoC)的容错方法。

发明内容

为提高Torus网络的可靠性并解决航空电子系统中时间触发(TT)消息在Torus网络发生故障时的重新调度问题，本发明提出了一种基于拓扑重构和路径规划的Torus网络容错方法。本发明一方面改进了Torus网络结构使其支持拓扑重构，即在每个节点－区域块增加一个处理单元DPE和一个路由器DR；另一方面将经过某节点的所有TT消息的帧长周期比之和定义为该节点的繁忙度，相邻节点通过实时互传数据包获取对方的繁忙度，待调度TT消息组按照可调度性由难到易的顺序依次规划出一条繁忙度最小的最短路径及备选路径，然后按照最短路径依次搜索能容纳当前TT消息传输的最早的连续空闲时间长度。本方法将静态冗余和动态重构相结合，提高了Torus网络的可靠性，进而缩短了发生故障时TT消息的重调度时间。

本发明的一种基于拓扑重构和路径规划的Torus网络容错方法，包括有下列步骤：

步骤一：对Torus网络结构进行区域划分；