专利名称：基于区域划分的片上网络快速ip核映射方法
技术领域：
本发明属于网络技术领域，涉及系统级芯片设计和片上IP核到网络节点的映射， 适用于低能耗、热量均衡的大规模片上网络快速IP核映射。
背景技术：
随着系统中逻辑门、计算及存储单元尺寸的逐渐减小及系统集成度的进一步增 加，现有的总线结构在时延、吞吐、功耗、同步以及可扩展性等方面面临着巨大的挑战，集中 表现在(1)多处理单元低利用率。随着片上集成单元的增加，数据处理量也随之增加，而 一条总线上难以支持一对以上的节点单元通信，同时共享总线上的链路带宽也决定了节点 间通信量，这些限制就造成了多个处理单元通信的困难及利用率低的问题；( 时钟同步 问题。由于半导体工艺的不断发展，处理单元面积尺寸的逐渐减小及时钟频率的上升，连 线上的时延对片上全局时钟同步的影响越来越严重，最终使得现有总线结构在片上无法使 用。为此，设计一种全新的体系结构以解决众多IP核间的互连就成了研究的关键所在，由 此片上网络NoC应运而生。NoC的出现有效的解决了以上诸多问题，它采用虫孔交换为基本交换机制，用全局 异步局部同步GALS的时钟同步机制很好的解决了全局时钟同步难的问题，并且它一改传 统总线结构借助实际宏观网络拓扑或其特有新型拓扑，极大改进了网络能耗、时延、吞吐以 及可扩展性等性能。映射优化问题是网络设计的关键问题之一，它是在给定通信任务图、带宽等设计 约束和IP核库的基础上，将每个任务分配到合适的IP核上并安排每个IP核的任务执行顺 序及在NoC拓扑架构中的位置。因此，映射的主要任务就是将IP核或任务模块高效地分配 到网络节点上，使各种应用得以高效、顺利地完成。通常衡量一个映射性能好坏的主要指标 有能耗、时延和带宽等。然而，映射问题属于二次分配问题的范畴，而它已被证明是NP-complete问题，其 搜索尺度随搜索空间增长呈阶乘递增，在有限时间和空间中大规模精确求解是相当复杂 的，因此在当前国内外研究中常采用启发式算法进行近似优化求解。在片上网络映射优化 问题求解中常见的启发式算法有遗传算法、分支定界算法、蚁群算法、模拟退火算法、禁忌 搜索算法和人工神经网络算法等，而这些启发式算法大多在建模时或保留一个优化目标而 将其他目标转化为约束条件进而得到单目标优化问题，或将多个目标进行加权求和转化为 单目标优化问题进而求解。此类算法虽通过大量的迭代可得到较为优化的解，但这往往是 以时间复杂度为代价，难以应用到大规模快速的IP核映射之中，而且不能保证在短时间内 获得低能耗的映射结果，更未考虑网络中心热点的出现对芯片可靠性的致命影响。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，针对常见mesh拓扑提出一种基于 区域划分的片上网络快速IP核映射方法，以减少IP核映射执行时间、降低网络能耗及均衡网络流量，提高网络可靠性。实现本发明目的的技术思路是首先考虑到芯片的尺寸特性而生成尽可能规整的 拓扑结构，若产生的网络拓扑中节点数多于IP核数目则虚拟IP核以修正通信核图；将参数 给定的网络拓扑进行区域划分，后将相应的通信核图按照划分区域结果的节点数进行相应 数目的IP核划分匹配，并使得划分的IP核间通信量最小；最后进行具体位置能耗计算，并 将能耗低位置作为当前IP核映射位置。这样使得通信量大的源节点和目的节点尽可能相 邻且映射到网络的边缘区域，既保证了全网通信的低能耗又避免了网络中心热点的产生。 具体实现步骤如下(1)根据通信核图中IP核数目N生成最佳网络拓扑，若生成的拓扑中网络节点数 目M多于IP核数目N则对通信核图进行修正，虚构M-N个IP核，并假设它们与其它IP核 的通信量为0 ；初始化每个IP核标记变量flag及网络拓扑参数；(2)将相同标记变量flag的IP核及其通信关系、通信量组成新的通信核图，并根 据标记变量flag寻找对应的网络拓扑区域，将此拓扑区域进行划分并按此划分结果对通 信核图进行相应数目的IP核划分匹配，使得划分的IP核间通信量最小，并标记本次划分结 果；(3)重复执行步骤( 对拓扑区域及通信核图划分标记，直到相同标记变量flag 的IP核数目小于等于2个；(4)确定每个IP核在网络中的具体位置并标记，检查相同标记变量flag的IP核 数目，若相同标记变量flag的IP核数目为2个，则根据标记变量flag确定IP核的拓扑区 域，并计算当前这2个IP核在其对应拓扑区域中不同位置的通信能耗，将最小通信能耗的 位置作为当前2个IP核的最终映射位置，最后根据此位置对IP核进一步标记，直到所有IP 核的标记变量flag相异；(5)按照每个IP核的标记变量flag进行网络节点的对应匹配，并删除步骤⑴中 虚构的M-N个IP核，输出最终映射结果。本发明与现有技术相比具有如下优点1)本发明由于采用迭代的基于区域划分的IP核映射方法，极大地降低了运算的 复杂度，且映射的执行时间明显减少；2)本发明由于按照区域划分结果对通信核图进行相应数目的IP核划分匹配，并 使得划分的IP核间通信量最小，这就使得通信量小的IP核映射到网络中心，可以有效地避 免中心区域热点的产生，进而提高了网络的可靠性。3)本发明由于在确定每个IP核具体位置时，将最小通信能耗的位置作为当前IP 核映射位置，并按照通信量大的IP核映射到相邻位置的原则，保证了全网通信的低能耗。仿真结果表明，本发明不仅可快速的从IP核到网络节点的映射，而且能保证全网 通信的低能耗，避免了网络中心区域热点的产生，提高了网络可靠性。
图1是视频对象平面解码VOPD的通信核图；图2是本发明的映射流程图；图3是用本发明生成的2维最佳拓扑结构示意图4是对本发明生成最佳拓扑进行区域划分的树状示意图；图5是本发明对视频对象平面解码进行IP核划分的树状示意图；图6是现有方法与本发明的映射结果对比示意图；图7是视频对象平面解码的通信核在不同映射下的流量分布对比示意图。
具体实施例方式下面将结合16核视频对象平面解码VOPD通信核图的映射过程，对本发明映射流 程进行详细说明，为方便说明本发明对视频对象平面解码VOPD的通信核图中每个IP核进 行编号IP1，IP2，…，IP16，编号顺序不影响IP核的映射位置。视频对象平面解码VOPD 的通信核图及每个IP核编号如图1所示。图1中，每个IP核用一个图顶点表示，顶点上数 字代表着IP核的编号，若某两个顶点间的存在有边，则表示这两个IP核之间存在着通信关 系，边权重代表着这两个IP核的通信量。参照图2，本发明的具体实现步骤如下步骤1，根据通信核图中IP核数目N生成最佳网络拓扑。1. 1)根据具体应用的通信核图确定IP核数目N，且N的满足条件是
权利要求
1.一种基于区域划分的片上网络快速IP核映射方法，包括如下步骤(1)根据通信核图中IP核数目N生成最佳网络拓扑，若生成的拓扑中网络节点数目M 多于IP核数目N则对通信核图进行修正，虚构M-N个IP核，并假设它们与其它IP核的通 信量为0 ；初始化每个IP核标记变量flag及网络拓扑参数；(2)将相同标记变量flag的IP核及其通信关系、通信量组成新的通信核图，并根据标 记变量flag寻找对应的网络拓扑区域，将此拓扑区域进行划分并按此划分结果对通信核 图进行相应数目的IP核划分匹配，使得划分的IP核间通信量最小，并标记本次划分结果；(3)重复执行步骤( 对拓扑区域及通信核图划分标记，直到相同标记变量flag的IP 核数目小于等于2个；(4)确定每个IP核在网络中的具体位置并标记，检查相同标记变量flag的IP核数目， 若相同标记变量flag的IP核数目为2个，则根据标记变量flag确定IP核的拓扑区域，并 计算当前这2个IP核在其对应拓扑区域中不同位置的通信能耗，将最小通信能耗的位置作 为当前2个IP核的最终映射位置，最后根据此位置对IP核进一步标记，直到所有IP核的 标记变量flag相异；(5)按照每个IP核的标记变量flag进行网络节点的对应匹配，并删除步骤(1)中虚构 的M-N个IP核，输出最终映射结果。
2.根据权利要求1所述的基于区域划分的片上网络快速IP核映射方法，其中步骤(1) 所述的根据通信核图中IP核数目N生成最佳网络拓扑，按照以下步骤进行la)根据具体应用的通信核图确定IP核数目N，且N的满足条件是
3.根据权利要求1所述的基于区域划分的片上网络快速IP核映射方法，其中步骤(1) 所述的根据通信核图中IP核数目N生成最佳网络拓扑，仅是指在参数未给定的网络拓扑， 假若拓扑参数已给定则不进行最佳拓扑生成。
4.根据权利要求1所述的基于区域划分的片上网络快速IP核映射方法，其中步骤(2) 所述的将拓扑区域进行划分并按此划分结果对通信核图进行相应数目的IP核划分匹配， 按照以下步骤进行2a)初始化每个IP核标记变量flag及其对应的网络拓扑参数，并令当前划分次数变量 i = 1，其中flag = (fIaga)，flag⑵，.· ·，fIagfc))，flag⑴表示为该IP核在第i次的划分标记值，i e {1,2,... ,η},η为标记变量flag的长度；2b)根据标记变量flag选出具有相同标记的IP核，并根据标记变量flag选择对应的 网络拓扑区域；2c)判断当前划分次数i的奇偶性，若i为奇数，则对拓扑区域按列划分，如果对拓扑区 域不能按列划分则按行划分；若i为偶数，则对拓扑区域按行划分，如果对拓扑区域不能按 行划分则按列划分；2d)利用拓扑区域划分结果对通信核图进行相应数目的IP核划分匹配，并使得划分的 IP核间通信量最小；2e)将每个IP核的划分结果分别标记到其对应的标记分量flag⑴中，并令当前划分次 数i := i+Ι，返回步骤2b)，其中，标记的先后顺序按通信量大小的顺序进行。
5.根据权利要求4所述的基于区域划分的片上网络快速IP核映射方法，其中步骤2c) 所述的对拓扑区域按列划分，按照以下步骤进行2c-al)由标记变量flag确定其对应的拓扑区域，拓扑行数为new_r0w，列数为neW_col ；2c-a2)若new_Col为奇数则将拓扑区域划分为左，中，右三个子平面拓扑，其拓 扑参数分另|J 依次为 new —万ov —eo//2」，new—row X 1，new —万ov —eo//2」；若new_C0l为偶数则将拓扑区域划分为左，右两个子平面拓扑，其拓扑参数分别依次为 / evv_ra>vxL^vv_co//2」，/ evv_ra>vxL^vv_co//2」，|_x」表示对 χ 向下取整。
6.根据权利要求4所述的基于区域划分的片上网络快速IP核映射方法，其中步骤2c) 所述的对拓扑区域按行划分，按照以下步骤进行2c-b. 1)由标记变量flag确定其对应的拓扑区域，拓扑行数为new_r0w，列数为neW_col ；2c-b. 2)若neW_roW为奇数则将拓扑区域划分为上，中，下三个子平面拓扑，其拓 扑参数分另|J 依次为 \jiew row/2」x/7evv —co/ ，1 Xnew—col，\_new rowi2」x/7evv —co/ ；若new_row为偶数则将拓扑区域划分为上，下两个子平面拓扑，其拓扑参数分别依次为 \jiew row / 2」x/ evv_co/ ,\_new row i 2」x/ evv_co/，|_x」表示对 χ 向下取整。
7.根据权利要求4所述的基于区域划分的片上网络快速IP核映射方法，其中步骤2d) 所述的对通信核图进行相应数目的IP核划分匹配，根据IP核彼此间的位置关系，按照通信 量大的IP核对应的拓扑区域尽可能相邻的原则进行匹配。
8.根据权利要求1所述的基于区域划分的片上网络快速IP核映射方法，步骤(4)所述 的确定每个IP核在网络中的具体位置并标记，按照以下步骤进行4a)在通信核图中选定通信的起始IP核并映射，若有与起始IP核具有相同标记向量 flag的IP核，则随机选择一种映射方式将这个IP核也映射到其对应的区域；4b)从通信核图中选择出与已映射IP核具有通信关系的当前欲映射IP核即先考虑 未映射IP核与已映射IP核是否具有通信关系，再考虑未映射IP核与已映射IP核间的通 信量大小，最后从未映射IP核中随机选择一个IP核作为当前欲映射IP核；4c)选择出与当前欲映射IP核具有相同标记向量flag的IP核，并计算具有相同标记 向量flag的这两个IP核在其对应区域不同位置的通信能耗，将能耗最小处的位置作为当IP核的最终映射位置；4d)将最终映射的位置分别标记到每个IP核的标记向量flag，返回步骤4b)，直到所有 的IP核被映射。
全文摘要
本发明公开了一种基于区域划分的片上网络快速IP核映射方法，主要解决IP核匹配到网络节点的性能优化问题。其实现步骤是(1)根据通信核图中IP核数目生成最佳网络拓扑，若最佳拓扑中节点数多于IP核数则虚拟IP核以修正通信核图；(2)划分欲映射IP核对应的拓扑区域，并按拓扑划分结果对通信核图进行相应数目的IP核划分匹配；(3)通过位置能耗计算确定每个IP核在网络中的具体位置并标记；(4)按照每个IP核的标记映射到对应的网络节点，删除步骤(1)中虚拟的IP核，输出最终映射结果。本发明降低了运算复杂度，在保证全网通信低能耗的同时避免了网络中心的热点产生，提高了网络可靠性，可用于低能耗、流量均衡的大规模IP核快速映射。
文档编号H04L12/56GK102065019SQ20111002459
公开日2011年5月18日 申请日期2011年1月21日 优先权日2011年1月21日
发明者李慧, 杨银堂, 邓植, 顾华玺 申请人:西安电子科技大学