一种基于“包‑电路”交换技术的路由模式切换配置器的制作方法

本发明涉及一种基于“包-电路”交换技术的路由模式切换配置器，属于片上网络通讯技术领域。

背景技术：

随着集成电路集成度不断提高，集成电路向集成系统转变，对处理器核之间的互联架构提出更高要求，传统总线结构的扩展度、并行度、全局时钟同步度已经成为限制其发展的瓶颈，而片上网络具有良好的地址空间、可扩展性、并行处理能力，采用全局同步局部异步的机制有效解决功耗和面积问题，逐渐称为业内青睐的主流片上通信方式。

“包-电路”交换技术是一种适用于大批量数据传输的交换方式，其特点是将数据传输事务分为三个阶段：链路建立阶段，数据传输阶段和链路撤销阶段。此交换技术采用“包”交换技术用于链路建立，采用“电路”交换技术锁定已建立的链路，形成链路独占，进行数据传输，直至传输完成，再撤销链路。

但是，“包-电路”交换技术的链路独占专享的方式会造成网络不同程度的拥塞，不同数据传输事务所需链路之间重复的路径段越多则拥塞程度越明显，数据传输事务所需链路越长越容易造成其他大量事务的拥塞。因此，通常所采用的分布式路由难以有效避免片上网络高拥塞情况。

技术实现要素：

本发明为克服现有技术的不足之处，提出一种基于“包-电路”交换技术的路由模式切换配置器，在分布式路由基础上封装可配置可切换的集总路由模式，在处理数据批量差距大的传输事务时，重构数据传输链路，替代分布式路由逐次逐段建立链路的过程，有效避免网络拥塞造成的重复请求建立过程，极大减轻传输事务之间的相互干扰，优化时间开销和传输效率，提高系统整体性能。

本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：

一种基于“包-电路”交换技术的路由模式切换配置器，其特征是，所述路由模式切换配置器应用于映射数据批量差异大的传输事务并造成网络链路拥塞度高的片上网络中，所述路由模式切换配置器包括配置网络和包电路交换片上网络，所述包电路交换片上网络的基本路由节点在分布式路由基础上，封装集总路由；

所述配置网络是切换并配置路由模式的多播网络，所述配置网络的配置节点与所述电路交换片上网络的路由节点一一对应，配置信息包含所有路由节点的节点坐标、入端口和出端口、链路使能信号，节点坐标、入端口和出端口配置路由节点的路由方向，链路使能信号切换片上网络的路由模式；

所述包电路交换片上网络的路由节点接收不同数据源端的路由请求，路由节点内部根据轮询机制逐次处理所述路由请求，进而连通路由方向决定的端口以构建传输链路，所述链路所有途径路由节点的入端口和出端口即被锁定，由该传输事务独自占有，直至通道被释放；若路由节点所有可请求端口均被锁定占用，向数据源端返回链路建立失败信号，数据源端在接收到信号后，重复请求建立链路，直至所请求端口空闲，构建链路，至传输事务处理完毕为止；

所述包电路交换片上网络将数据源端所携带的目的节点坐标与当前路由节点坐标进行比较，选择和入端口匹配的链路出端口，若所选出端口被锁定占用，则继续仲裁转向能力范围内其他出端口的占用情况，端口空闲可用，则构建链路，端口均锁定占用，向数据源端返回失败信号，表示无法构建链路；

所述集总路由解码所述配置网络下发的配置信息，匹配至当前路由节点的所有入端口和出端口，链路使能信号标识配置信息中入端口和出端口的路由方向被锁定占用；每个路由节点具有五个方向，即具有五对入端口和出端口，入端口和出端口可自行选择组合方式和组合数量，但同一方向入端口和出端口通常不组合。

优选地，分布式路由根据当前路由节点坐标(y，x)与数据目的路由节点坐标(dy，dx)比较寻找路由方向，五个方向包括：本地方向、东方向、南方向、西方向和北方向，链路路由机制如下：

a.当dx>x，dy>y，可选路由方向为东方向和南方向；

b.当dx>x，dy<y，可选路由方向为东方向和北方向；

c.当dx<x，dy>y，可选路由方向为西方向和南方向；

d.当dx<x，dy<y，可选路由方向为西方向和北方向；

e.当dx>x，dy＝y，可选路由方向为东方向；

f.当dx<x，dy＝y，可选路由方向为西方向；

g.当dx＝x，dy>y，可选路由方向为南方向；

h.当dx＝x，dy<y，可选路由方向为北方向；

i.当dx＝x，dy＝y，可选路由方向为本地方向；

集总路由接受配置信息，配置信息包括路由节点的方向和端口，五个方向和端口包括：本地方向入/出端口、东方向入/出端口、南方向入/出端口、西方向入/出端口和北方向入/出端口，集总路由端口组合方式可按配置建立传输链路，在入端口和出端口无重复使用原则下，分布式路由的路由机制将切换成如下集总路由机制：

a.集总路由单个路由节点链路建立数为1，一对入端口和出端口配对组合；

b.集总路由单个路由节点链路建立数为2，两对入端口和出端口配对组合；

c.集总路由单个路由节点链路建立数为3，三对入端口和出端口配对组合；

d.集总路由单个路由节点链路建立数为4，四对入端口和出端口配对组合；

e.集总路由单个路由节点链路建立数为5，五对入端口和出端口配对组合。

优选地，当经由配置网络向片上网络路由节点下发配置信息后，在复用路由节点硬件资源情况下，切换路由模式为集总路由，分布式路由自寻链路的结果将被置为无效，由集总路由配置链路的方式取代，所述集总配置链路的入端口和出端口可按如下方式确定：

a.集总路由通道建立数为1，链路入端口可为五个方向的任何一个，每个出端口为除去该入端口所在方向的四个方向任何一个；

b.集总路由通道建立数为2，链路入端口可为五个方向的任何两个，每个出端口为除去该入端口所在方向的四个方向任何一个；

c.集总路由通道建立数为3，链路入端口可为五个方向的任何三个，每个出端口为除去该入端口所在方向的四个方向任何一个；

d.集总路由通道建立数为4，链路入端口可为五个方向的任何四个，每个出端口为除去该入端口所在方向的四个方向任何一个；

e.集总路由通道建立数为5，表示该路由节点配置五条链路，链路入端口为五个方向。

优选地，路由模式按照如下方式确定：

情况1：在配置网络没有下发集总配置的配置信息时，路由模式工作在分布式路由模式下，所有路由节点的路由机制均为转向路由机制，需要进行节点坐标的比较来确定路由方向；

情况2：在配置网络下发集总配置的配置信息后，路由模式将切换成集总路由模式，所有路由节点的路由机制均切换为配置信息指定的链路建立机制，在加入事务调度的因素下，重构链路布局，而无需调整计算核布局；再次下发配置信息可将路由模式重新切换成分布式路由；在一定程度规避高风险的基础上，保持不同传输事务的并行性。

需要说明的是，本发明中所提到的包电路交换片上网络的基本路由节点在分布式路由基础上，封装集总路由指的是设计并增添具有集总路由功能的路由模块，与分布式路由的路由模块共同包含于片上网络的基本路由节点中；使片上网络每个路由节点均有分布式路由和集总路由两种路由模式。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果体现在：

1、本发明提供的路由模式切换配置器，封装可切换的集总路由和分布式路由，可通过配置网络下发配置信息对片上网络进行集总配置，拆解所有传输事务拥塞路径，重构崭新无拥塞链路，全新链路将原本将会迟延的传输事务提升至并行处理，提高网络路由节点利用率和传输效率，在复用原有网络结构和硬件资源的前提下，增强网络对各类映射事务的兼容度；

2、本发明充分考量集总路由和分布式路由对网络路由的影响，采取灵活调度二者方案，根据不同映射事务，有针对有差别切换两种路由模式，既在最大程度规避分布式路由自适应性可能带来严重拥塞的高风险，又以最小配置周期的时间成本换取事务整体协调迟滞的时间与资源开销；

3、本发明切换集总路由模式后，采取最少端口最高权限策略，锁定链路必须的节点端口，同时收回剩余端口的使用权限，极大减少突发事务对映射事务的干扰，保持所有映射事务工作在干净的网络环境，直至路由模式切换成分布式路由。

附图说明

图1为本发明实施例中路由模式切换配置器进行集总配置示意图；

图2为本发明实施例中配置信息示意图；

图3为本发明实施例中分布式路由两个可选路由方向示意图；

图4为本发明实施例中集总路由集总配置3条链路示意图。

具体实施方式

以下结合附图及其实施例对本发明进行详细说明，但并不因此将本发明的保护范围限制在实施例描述的范围之中。

在本实施例中，提供一种基于“包-电路”交换技术的路由模式切换配置器，该路由模式切换配置器应用于映射数据批量差异大的传输事务并造成网络链路拥塞度高的片上网络中，以配置集总路由的方式重构事务链路，兼顾所有映射事务的同时，拆解拥塞链路段，缓解片上网络拥塞压力；

如图1所示，配置网络是切换并配置路由模式的多播网络，配置节点与路由节点一一对应，递次下发配置信息至路由节点的切换配置器，配置信息包含所有路由节点的节点坐标、入端口和出端口、链路使能信号，前两者配置路由节点的路由方向，后者切换片上网络的路由模式；

如图2所示，8比特的节点坐标用于匹配受集总路由配置的节点，便于解码配置信息，6比特的端口标志位存有入端口号和出端口号，用于锁定该路由节点进出端口，2比特的链路使能非零状态可切换成集总路由模式，置零状态可切换成分布式路由模式；

当数据源端有传输事务需要处理时，发出相应的路由请求。包电路交换片上网络路由节点接收不同数据源端的路由请求，路由节点内部根据轮询机制逐次处理，进而连通路由方向决定的端口以构建传输链路，链路所有途径路由节点的入端口和出端口即被锁定，由该传输事务独自占有，其他数据源端无法同时使用该锁定端口，直至通道被释放；若路由节点所有可请求端口均被锁定占用，向数据源端返回链路建立失败信号，数据源端在接收到信号后，重复请求建立链路，直至所请求端口空闲，构建链路，至传输事务处理完毕为止。

分布式路由采用在确定性路由xy维序路由机制基础上改进的转向路由机制，具有在一定程度上规避拥塞链路的自适应性；根据数据源端所携带的目的节点坐标与当前路由节点坐标进行比较，选择和入端口匹配的链路出端口，若所选出端口被锁定占用，则继续仲裁转向能力范围内其他出端口的占用情况，端口空闲可用，则构建链路，端口均锁定占用，向数据源端返回失败信号，表示无法构建链路；分布式路由是片上网络默认路由模式，在未配置集总路由情况下，片上网络为分布式路由模式，在进行集总路由情况下，片上网络切换成集总路由模式；

集总路由解码配置网络下发的配置信息，匹配至当前路由节点的所有入端口和出端口，链路使能信号决定配置信息中入端口和出端口的路由方向被锁定占用，数据由该入端口进入，则必将从匹配锁定的出端口导出；每个路由节点具有五个方向，即具有五对入端口和出端口，入端口和出端口可自行选择组合方式和组合数量，但同一方向入端口和出端口通常不组合。

片上网络为单端口网络，在分布式路由模式下，根据当前路由节点节点坐标(y，x)与数据目的路由节点节点坐标(dy，dx)比较寻找路由方向，五个方向包括：本地方向、东方向、南方向、西方向和北方向，链路路由机制如下：

a.当dx>x，dy>y，可选路由方向为东方向和南方向；

b.当dx>x，dy<y，可选路由方向为东方向和北方向；

c.当dx<x，dy>y，可选路由方向为西方向和南方向；

d.当dx<x，dy<y，可选路由方向为西方向和北方向；

e.当dx>x，dy＝y，可选路由方向为东方向；

f.当dx<x，dy＝y，可选路由方向为西方向；

g.当dx＝x，dy>y，可选路由方向为南方向；

h.当dx＝x，dy<y，可选路由方向为北方向；

i.当dx＝x，dy＝y，可选路由方向为本地方向；

以上机制决定如下两种类型：

类型1：当前路由节点与数据目的节点坐标在同行(y方向)或同列(x方向)及本地方向时，只有一个可选路由方向，目的是保证路由路径最小化，避免绕远路的方式路由；

类型2：当前路由节点与数据目的节点坐标不在同行(y方向)也不在同列(x方向)时，有两个可选路由方向，在一个方向被占用仲裁失败后，继续仲裁另一个方向，选用其中空闲方向，进行路由，如图3所示；

集总路由需接受配置信息，相对于分布式路由，需具体到路由节点的方向和端口，五个方向和端口包括：本地方向入/出端口、东方向入/出端口、南方向入/出端口、西方向入/出端口和北方向入/出端口，集总路由端口组合方式可按配置建立传输链路，在入端口和出端口无重复使用原则下，分布式路由的路由机制将切换成如下集总路由机制：

a.集总路由单个路由节点链路建立数为1，一对入端口和出端口配对组合；

b.集总路由单个路由节点链路建立数为2，两对入端口和出端口配对组合；

c.集总路由单个路由节点链路建立数为3，三对入端口和出端口配对组合；

d.集总路由单个路由节点链路建立数为4，四对入端口和出端口配对组合；

e.集总路由单个路由节点链路建立数为5，五对入端口和出端口配对组合。

当经由配置网络向片上网络路由节点下发配置信息后，在复用路由节点硬件资源情况下，切换路由模式为集总路由，分布式路由自寻链路的结果将被置为无效，由集总路由配置链路的方式取代，所述集总配置链路的入端口和出端口可按如下方式确定：

a.集总路由通道建立数为1，表示该路由节点配置一条链路，链路入端口可为五个方向的任何一个，每个出端口为除去该入端口所在方向的四个方向任何一个，剩余四个入端口四个出端口均不被使用，若有数据进入尝试建立链路，都将返回失败信号；

b.集总路由通道建立数为2，表示该路由节点配置两条链路，链路入端口可为五个方向的任何两个，每个出端口为除去该入端口所在方向的四个方向任何一个，剩余三个入端口三个出端口均不被使用，若有数据进入尝试建立链路，都将返回失败信号；

c.集总路由通道建立数为3，表示该路由节点配置三条链路，链路入端口可为五个方向的任何三个，每个出端口为除去该入端口所在方向的四个方向任何一个，剩余两个入端口两个出端口均不被使用，若有数据进入尝试建立链路，都将返回失败信号；

d.集总路由通道建立数为4，表示该路由节点配置四条链路，链路入端口可为五个方向的任何四个，每个出端口为除去该入端口所在方向的四个方向任何一个，剩余一个入端口一个出端口均不被使用，若有数据进入尝试建立链路，都将返回失败信号；

e.集总路由通道建立数为5，表示该路由节点配置五条链路，链路入端口为五个方向，每个出端口为除去该入端口所在方向的四个方向任何一个，若有数据进入尝试建立链路，都将返回失败信号。

如图4所示，集总路由配置三条数据链路，分别为数据源端“21”路由节点向数据目的端“24”路由节点传输，数据源端“13”路由节点向数据目的端“32”路由节点传输，数据源端“24”路由节点向数据目的端“33”路由节点传输,每条传输通道途径的路由节点均只锁定所需端口；其中“13”、“21”、“32”、“33”路由节点只配置一条链路，“22”、“24”路由节点配置两条链路，“23”路由节点配置三条链路。

本实施例路由模式切换配置器是二维mesh4x4片上网络，在xilinx开发板vertex6240t上通过veriloghdl实现，其硬件资源消耗如表1所示。

表1

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。