【摘要】：基于傳統(tǒng)蟲(chóng)孔直通交換(Conventional Wormhole Cut-Through Switching,Con-WCTS)的片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(Network-on-Chip,NoC)無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)基于優(yōu)先級(jí)的仲裁邏輯,不適用于對(duì)信息傳輸實(shí)時(shí)性要求較高的多核片上系統(tǒng)。引入虛擬通道技術(shù),提出了共享優(yōu)先級(jí)蟲(chóng)孔直通交換(Shared Priority Wormhole Cut-Through Switching,SP-WCTS)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),并給出了該網(wǎng)絡(luò)信息最壞傳輸時(shí)間的計(jì)算方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比了Con-WCT網(wǎng)絡(luò)、共享優(yōu)先級(jí)蟲(chóng)孔交換(Shared Priority Wormhole Switching,SP-WS)網(wǎng)絡(luò)、SP-WCTS網(wǎng)絡(luò)以及輪詢蟲(chóng)孔交換(Round Robin Wormhole Switching,RR-WS)網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)度性,并探究了虛擬通道數(shù)量和總網(wǎng)絡(luò)利用率對(duì)網(wǎng)絡(luò)可調(diào)度性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:SP-WCTS的可調(diào)度性要明顯優(yōu)于另外3種網(wǎng)絡(luò);虛擬通道數(shù)量和總網(wǎng)絡(luò)利用率對(duì)SP-WS網(wǎng)絡(luò)可調(diào)度性的影響大于共享優(yōu)先級(jí)SP-WCTS網(wǎng)絡(luò)。
【圖文】：

ｏｌｅＣｕｔ－ＴｈｒｏｕｇｈＳｗｉｔｃｈｉｎｇ，ＳＰ－ＷＣＴＳ）機(jī)制，消除了共享優(yōu)先級(jí)仲裁機(jī)制中存在的優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)問(wèn)題，并給出了信息最壞傳輸時(shí)間（Ｗｏｒｓｔ－ＣａｓｅＴｒａｖｅｒｓｉｎｇＴｉｍｅ，ＷＣＴＴ）的計(jì)算方法。另外，本文對(duì)比了不同網(wǎng)絡(luò)參數(shù)對(duì)傳統(tǒng)蟲(chóng)孔交換網(wǎng)絡(luò)和ＳＰ－ＷＣＴＳ實(shí)時(shí)性分析的影響，對(duì)設(shè)計(jì)者在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中選擇合適的片上網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)制有一定的參考意義。１基于優(yōu)先級(jí)共享的蟲(chóng)孔直通交換１．１蟲(chóng)孔直通交換蟲(chóng)孔直通交換融合了蟲(chóng)孔交換和直通交換技術(shù)。如圖１所示，路由為各微片設(shè)置一個(gè)本地ＩＤ，來(lái)自同一個(gè)報(bào)文的微片，其本地ＩＤ相同。傳輸過(guò)程中，各輸出端口對(duì)發(fā)出傳輸請(qǐng)求的輸入端口輪流接通，從而使得來(lái)自不同輸入端口的微片交錯(cuò)地從同一個(gè)輸出端口輸出。為保證來(lái)自不同報(bào)文的微片正確地選擇其路徑，蟲(chóng)孔直通交換路由設(shè)置有一個(gè)路徑保留表，存儲(chǔ)了每個(gè)本地ＩＤ及其對(duì)應(yīng)的輸出端口。每個(gè)報(bào)文的本地ＩＤ在頭微片傳入路由時(shí)分配，尾微片傳出時(shí)回收。圖１蟲(chóng)孔直通交換Ｆｉｇ．１Ｗｏｒｍｈｏｌｅｃｕｔ－ｔｈｒｏｕｇｈｓｗｉｔｃｈｉｎｇ傳統(tǒng)蟲(chóng)孔直通交換中，來(lái)自不同輸入端口的報(bào)文在同一輸出端口公平地輸出，，不適用于實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合。為了保證實(shí)時(shí)報(bào)文在截止期限之前到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，需要采用基于優(yōu)先級(jí)的仲裁機(jī)制，而在蟲(chóng)孔直通交換機(jī)制下直接使用優(yōu)先級(jí)仲裁可能會(huì)導(dǎo)致優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)。假設(shè)圖１中的業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)順序?yàn)椋粒荆茫荆�，若Ａ恰好在Ｂ的某個(gè)微片后傳入，則Ｃ會(huì)搶占Ｂ，從而阻塞Ａ，造成優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)，高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)Ａ被阻塞的時(shí)間難以預(yù)測(cè)。１．２共享優(yōu)先級(jí)蟲(chóng)孔直通交換為了解決優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)

華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）第４３卷主要用來(lái)避免死鎖（Ｄｅａｄｌｏｃｋ），提高帶寬使用率［４］。ＳＰ－ＷＣＴＳ網(wǎng)絡(luò)的傳輸機(jī)制如圖２所示。每個(gè)輸入端口的緩存被劃分為幾個(gè)獨(dú)立的小片，每一個(gè)小片都可以作為一個(gè)虛擬通道。ＳＰ－ＷＣＴＳ網(wǎng)絡(luò)為每一個(gè)優(yōu)先級(jí)分配一個(gè)虛擬通道，各虛擬通道有獨(dú)立的先進(jìn)先出隊(duì)列，優(yōu)先級(jí)為ｉ的業(yè)務(wù)只能使用優(yōu)先級(jí)為ｉ的虛擬通道。不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)間的搶占發(fā)生在微片級(jí)，即高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)可以在低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)傳輸完一個(gè)微片后搶占輸出端口。當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接上的高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)被阻塞時(shí)，低優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)可以使用該連接進(jìn)行傳輸。圖２共享優(yōu)先級(jí)蟲(chóng)孔直通交換網(wǎng)絡(luò)仲裁機(jī)制Ｆｉｇ．２Ａｒｂｉｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｈａｒｅｄｐｒｉｏｒｉｔｙｗｏｒｍｈｏｌｅｃｕｔ－ｔｈｒｏｕｇｈｓｗｉｔｃｈｉｎｇＮｏＣ虛擬通道的引入會(huì)增加路由緩存的消耗，為了兼顧實(shí)時(shí)性能和資源消耗，ＳＰ－ＷＣＴＳ允許多個(gè)傳輸任務(wù)共享同一個(gè)優(yōu)先級(jí)，以減少虛擬通道的數(shù)目。同優(yōu)先級(jí)的報(bào)文在微片級(jí)相互交錯(cuò)傳輸，避免了同優(yōu)先級(jí)傳輸任務(wù)之間的長(zhǎng)時(shí)間阻塞。網(wǎng)絡(luò)中，優(yōu)先級(jí)標(biāo)號(hào)越大表示優(yōu)先級(jí)別越低，優(yōu)先級(jí)１為最高優(yōu)先級(jí)。τ１與τ２共享優(yōu)先級(jí)１，該輸入端緩存中微片被讀取的順序如圖２中Ｏｕｔｐｕｔ所示。每個(gè)輸出端在發(fā)出請(qǐng)求的輸入端選擇最高優(yōu)先級(jí)的虛擬通道進(jìn)行傳輸。２網(wǎng)絡(luò)最壞延時(shí)分析２．１實(shí)時(shí)通信模型設(shè)一個(gè)蟲(chóng)孔直通交換網(wǎng)絡(luò)Γ中存在ｎ個(gè)業(yè)務(wù)：Γ＝τ１，τ２，…，τ｛｝ｎ（１）其中τｉ代表業(yè)務(wù)ｉ，并假設(shè)所有的業(yè)務(wù)都是周期性地發(fā)送報(bào)文。每個(gè)業(yè)務(wù)可以用如下５個(gè)屬性來(lái)表示：τ

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