摘要：随着半导体技术的不断发展,使用基于传统总线结构作为片上系统(System on Chip,SoC)的通信架构已经不能满足...随着半导体技术的不断发展,使用基于传统总线结构作为片上系统(System on Chip,SoC)的通信架构已经不能满足各个IP核之间的通信需求。为了解决总线结构作为通信架构的缺点,片上网络(Network On Chip,NOC)成为一种有效的解决方案。在使用片上网络进行芯片架构设计时,由于芯片面积,功耗等性能的约束,需要对片上网络进行特定的设计。然而,在专用片上网络设计(Application-Specific Network On Chip,ASNOC)邻域仍然存在许多的基础理论和技术问题没有得到有效的解决,主要为如何生成一个整体性能均衡的拓扑结构以及更高效的寻找到目标函数较优的映射方案。因此,本文针对这两方面进行深入研究,提出了一种多目标拓扑生成方法以及针对专用片上网络的映射优化方法。主要工作内容如下:(1)基于延迟和容错性能的多目标专用片上网络拓扑生成方法研究。针对单目标拓扑生成方法生成的拓扑结构的整体性能较差的缺点,首先采用基于线性加权方法建立基于延迟和容错性能的多目标拓扑生成模型,其次使用单通路拓扑生成方法生成单通路拓扑结构的基础上结合添加链路和路由的方法生成一簇多通路拓扑集,最后通过上述创建的多目标模型从多通路拓扑集中选取目标函数最优的拓扑结构。通过与其它基于单目标的拓扑生成方法生成的拓扑结构相比,本文拓扑生成方法生成的拓扑结构具有更低的延迟和更优的容错性能,拓扑结构的整体性能更优。(2)基于功耗的专用片上网络映射优化算法研究。首先对专用片上网络的映射功耗进行分析并建立映射功耗模型。其次根据专用片上网络拓扑结构的特点基于通信量对任务节点进行集簇处理来降低映射功耗值以及减小搜索空间。最后通过具有记忆模块的模拟退火算法寻找功耗值最优的映射方案。为了与实际应用结合,本文将目前常用的多媒体任务图使用模拟退火算法,遗传算法以及随机映射算法进行映射功耗对比,以证明模拟退火算法在专用片上网络映射中的优越性。同时也对集簇处理与未进行集簇处理的任务图进行映射功耗以及平均跳数对比,实验结果表明当任务节点增加时,使用集簇处理后再进行映射在功耗值和平均跳数上具有一定的优势。更多还原显示全部
摘要：随着半导体工艺的不断改进,利用已有的知识产权(Intellectual Property)核在片上系统(System on Chip)上进...随着半导体工艺的不断改进,利用已有的知识产权(Intellectual Property)核在片上系统(System on Chip)上进行大规模的集成电路设计的技术得到了迅速的提高。片上总线是实现各个IP核之间的互联的重要手段。AXI4(Advanced eXtensible Interface)总线作为ARM公司最新的总线规范,因其特有的交叠传输、乱序传输等机制,已成为业界片上总线的首选及学术界的研究热点。目前市面上的AXI4总线互联模型在兼容低速设备和传输效率上存在不足。因此,研究低成本、低延迟和易扩展的高性能AXI4总线IP核互联模型具有重要意义。本文旨在设计一款由CPU、AXI4总线、SPI和UART等多个IP核组成的互联模型,通过设计AXI4主机转接口和扩展3条ARMv4自定义指令实现CPU与AXI4总线的互联;通过设计支持AXI4协议的从机转接口,克服APB转换桥的不足,使AXI4总线可与多个从机同时进行支持流水线操作的全双工通信,可以大幅度提高模型的带宽和数据传输效率;本文采用Verilog硬件描叙语言完成模型的前端设计,充分利用FPGA并行性的优势,CPU在模型进行数据传输的同时可以执行其它指令,具有很高的指令执行效率。另外,本文制定了比较全面的验证目标、验证平台和测试方案,通过编写大量的指令测试程序,从Modelsim仿真和板级验证两方面完成了本文互联模型的功能验证和性能测试。通过测试表明,本文设计的基于AXI4总线的IP核互联模型的功能正确并且性能突出,具备极强的实用性和稳定性。与同类AXI4互联模型相比,该模型具有可移植性强、传输效率高、接口开放易于拓展的优点。另外,由于本课题自行研究设计的IP核不需要企业授权,使用成本会大幅降低,可以应用到产品的设计中从而获得市场利润;同时也可以作为国内研究人员在SoC设计和验证方面的技术参考,从而缩短研制各种功能的SoC芯片产品的时间,对于国产SoC芯片的设计和验证有深远的推动意义。更多还原显示全部
