MPSoC上的NoC通信架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)

　　摘要：本文介紹了片上網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)概念，采用2D Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和XY路由算法，實(shí)現(xiàn)了一款用于構(gòu)建MPSoC的片上網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)在EDK中構(gòu)建4個(gè)MicroBlaze核的處理器，并用片上網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，最終在XUP Virtex-Ⅱ Pro FPGA開(kāi)發(fā)板上驗(yàn)證了片上網(wǎng)絡(luò)的正確性。

　　引言

　　隨著半導(dǎo)體集成電路以及片上多核技術(shù)的發(fā)展，片上系統(tǒng)(System On Chip，SoC)變得越來(lái)越復(fù)雜。傳統(tǒng)的基于總線的通信結(jié)構(gòu)具有可擴(kuò)展性不強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及當(dāng)IP核較多時(shí)布線比較復(fù)雜等缺點(diǎn)已經(jīng)成為了系統(tǒng)性能的瓶頸，難以滿足日益增長(zhǎng)的片上系統(tǒng)內(nèi)部通信需求。2001年，研究者們借鑒了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的思想，提出了片上網(wǎng)絡(luò)(Network On Chip，NoC)這種全新的片上互聯(lián)架構(gòu)。

　　目前關(guān)于片上網(wǎng)絡(luò)的研究主要包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究、路由算法研究以及模擬器研究等。盡管片上網(wǎng)絡(luò)的研究蓬勃發(fā)展，但是基于特定應(yīng)用的片上網(wǎng)絡(luò)的研究還比較少。本文用VHDL語(yǔ)言構(gòu)造出一個(gè)基于二維網(wǎng)格(2D Mesh)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及XY路由算法的片上網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)在EDK中構(gòu)建多個(gè)MicroBlaze IP核，并用片上網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接通信，最終在XUP Virtex-Ⅱ Pro FPGA開(kāi)發(fā)板上驗(yàn)證了該片上網(wǎng)絡(luò)的正確性。

　　相關(guān)概念簡(jiǎn)介

　　片上網(wǎng)絡(luò)

　　片上網(wǎng)絡(luò)，即在芯片上引入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念，用以實(shí)現(xiàn)芯片上各個(gè)模塊的互聯(lián)。片上網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)類(lèi)似，都支持包交換、路由轉(zhuǎn)發(fā)策略以及相關(guān)的路由協(xié)議等。但是，片上網(wǎng)絡(luò)也有其自身的特點(diǎn)：首先，片上網(wǎng)絡(luò)是基于芯片級(jí)的，其規(guī)模較小;其次，片上網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳輸?shù)乃俾室蟊容^高;第三，片上網(wǎng)絡(luò)受到制約的條件比較多;第四，片上網(wǎng)絡(luò)對(duì)功耗以及路由算法的效率要求也比計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)要高。

　　FPGA

　　FPGA(Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)是1984年由Xilinx公司發(fā)明的。它是一種半定制的通用器件，用戶可以通過(guò)對(duì)FPGA器件編程實(shí)現(xiàn)所需的邏輯功能。

　　MicroBlaze

　　MicroBlaze是一種片內(nèi)微處理器軟核，它是一種針對(duì)Xilinx FPGA優(yōu)化過(guò)的功能強(qiáng)大的片上微處理器軟核。MicroBlaze軟核的內(nèi)部采用RISC指令集結(jié)構(gòu)和哈佛存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有32個(gè)通用寄存器、1個(gè)ALU單元、2個(gè)特殊寄存器程序指針(PC)和處理器狀態(tài)寄存器(MSR)。

　　MPSoC

　　MPSoC(Multiprocessor System–On-Chip)也稱(chēng)多處理器片上系統(tǒng)。隨著電路設(shè)計(jì)復(fù)雜度的大大提升，將多個(gè)處理器核集成到一塊芯片上構(gòu)成MPSoC的方法成為了新一代SoC的主流設(shè)計(jì)。MPSoC所應(yīng)用的平臺(tái)常常包括具有許多特定功能的處理單元、內(nèi)存模塊以及I/O部件。

　　片上網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　本文中片上網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)主要包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、路由算法、交換節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)接口等方面的設(shè)計(jì)。