二维片上网络拓扑结构的自适应路由方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子物理技术领域，更进一步涉及微电子集成电路技术领域中的一种基于二维片上网络拓扑结构的拥塞控制路由方法技术。本发明自适应路由方法中包括本地注入方向选择、路由节点路由计算以及流量控制器输出端口选择三个部分，本发明的自适应路由方法可以很好地避开拥塞节点，提高网络通吐率以及降低网络延迟。
【背景技术】
[0002]片上网络NoC(Network-on-Chip)借鉴了计算机网络通信的思想，由路由和包交换技术替代了传统的总线通讯方式，实现了处理单元(IP核)与通信结构(网络)的分离，解决了传统SOC(System-On-Chip)的总线结构所固有的三大问题:(I)由于地址空间有限而引起的可扩展性问题；(2)由于分时通讯而引起的通讯效率问题；(3)由于全局同步而引起的功耗和面积问题。在NoC中，每个节点与一个路由器相连接。路由器通过局部互连线与其他临近的路由器相连接，节点之间的通讯需要经过多个跳步。微处理器的设计也将从以计算为中心逐渐过渡到以通讯为中心。
[0003]现有的片上网络结构主要分为2D和3D两大类，其中2D中主要包括二维网状片上网络(2D mesh)、树形(Tree)和蝶形(Butterfly)等拓扑结构，其中传统的二维网状片上网络结构(2D Mesh)的规则性和易扩展性，有利于布局布线，因此有关片上网络很多的路由算法、容错、服务质量、功耗等问题的研宄都是基于Mesh结构及变型结构，本发明就是基于一种Mesh的变形结构。基于二维网状片上网络的路由方法可以分为确定性的维序路由方法和自适应性的路由方法，其中确定性的维序路由方法路由路径是确定的，无法避免拥塞节点，在网络负载重时则导致网络性能低；自适应性的路由方法主要有DyAD路由方法以及DyXY路由方法等，这些自适应的路由方法均衡网络负载效率低以及拥塞控制能力弱，并且不加虚通道输入缓冲时会存在死锁问题，为解决死锁问题加上虚通道输入缓冲时，使得硬件开销大。
[0004]浙江大学拥有的专利技术“具备自适应路由能力的片上网络路由器及其实现方法”(申请号CN 200910095348.2，授权公告号CN 101488922，公开日为2009.07.22)，公开了一种具备自适应路由能力的片上网络路由器及其实现方法，该片上网络路由器，包括依次连接的输入流控制器、输入缓存器、路由仲裁器、输出控制器和输出流控制器。其通过采用改进的XY路由器，使得路由过程具备一定的自适应性，可以根据数据端口拥塞度，动态选择合适的数据端口，减少数据包的阻塞，提高网络的传输速度和吞吐量。该专利技术存在的不足是，路由方法是基于传统的二维片上网络结构，导致网络性能差，同时该专利技术在动态选择数据端口时忽视了网络负载的均匀性，又在一定程度上降低了网络性能。
[0005]上海交通大学拥有的专利技术“一种基于片上网络的无死锁路由方法”(申请号CN 201110321481.2，授权公告号CN 102333038 A，公开日为 2012.01.25)，公开了一种基于片上网络的无死锁路由方法，该路由方法主要包括的步骤为:在源节点将数据包复制η份，其中，η彡3 ;在片上网络中设定η条自源节点至目的节点的不交叉的通道，η份数据包分别在η条通道上传输；η份数据包到达目的节点后再通过表决器得到正确结果，实现了空间上的冗余。该专利技术存在的不足是，路由方法并不能避开拥塞节点，并且通过将数据包复制η份的方法导致网络资源浪费严重，从而影响网络性能。
[0006]长春理工大学拥有的专利技术“基于动态路由表的片上网络拥塞控制方法”(申请号 CN 201410384166.8，授权公告号 CN 104202253 Α，公开日为 2014.12.10)公开了一种基于动态路由表的片上网络拥塞控制方法包括定义动态路由表的自更新规则、片上网络的启动和初始化、求解和自身动态路由表、确定非故障邻近节点并交付数据等步骤。该方法中采用动态路由表可根据其他节点的当前状况动态更新和决策自身当前的最佳传送路径，其每一个动态路由表内总是保存有去其他任意目的节点的全局拥塞度最小的最佳路径，减少各路由节点之间频繁的读写操作，削减数据计算量并节约运算占用的时间，缓解和限制了网络拥塞的产生，提高了整个片上网络的数据处理能力和吞吐量。该专利存在的不足是:每个路由节点均含有一个动态路由表且该动态路由表随着网络规模的增大而迅速增大，使其面积和功耗开销随着网络规模的增大而增大，同时该动态路由表工作步骤冗长，影响网络性會K。
【发明内容】
[0007]本发明的目的就是克服上述现有技术的不足，解决传统二维片上网络路由方法无法有效避免拥塞节点或者避免拥塞节点时硬件开销大效率低导致网络性能低下的问题，该自适应路由算法具有拥塞性能控制能力强、硬件开销小、网络延迟低、吞吐率高的特点。
[0008]为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:
[0009]一种基于二维片上网络拓扑结构的自适应路由方法，其特征在于包括如下步骤:
[0010](I)源节点本地端口接收数据分组；
[0011](2)源节点根据本地注入方向选择方法所得到的注入方向的结果，将数据分组从本地端口注入到该输出端口方向；
[0012](3)与路由节点输出方向相连的流量控制器端口接收数据分组；
[0013](4)为数据分组分配流量控制器的输出端口，根据流量控制器的输出端口分配方法所得到的分配结果将数据分组传输到该输出端口 ；
[0014](5)与流量控制器输出端口相连的路由节点的路由端口接收数据分组；
[0015](6)判断路由节点是否为目的节点:
[0016](6a)若该节点的坐标与目的节点的坐标相同，则执行步骤⑶；
[0017](6b)若该节点的坐标与目的节点的坐标不相同，则执行步骤(7);
[0018](7)路由节点计算输出端口方向，然后返回执行步骤(3);
[0019](8)路由节点将数据分组传输到本地输出端口，路由结束。
[0020]上述基于二维片上网络拓扑结构的自适应路由方法，步骤(2)中所述的本地注入方向选择方法是指:源节点的本地端口接收到数据分组后根据数据分组目的节点的坐标信息和本地拥塞信息选择要注入的端口方向，其具体步骤为:
[0021](2a)路由节点计算数据分组的输出端口集合:
[0022](2a-l)若目的节点的横坐标大于源节点的横坐标并且目的节点的纵坐标等于源节点的纵坐标，则输出端口集合只有东方向，执行步骤(2d)；
[0023](2a-2)若目的节点的横坐标小于源节点的横坐标并且目的节点的纵坐标等于源节点的纵坐标，则输出端口集合只有西方向，执行步骤(2d);
[0024](2a-3)若目的节点的横坐标等于源节点的横坐标并且目的节点的纵坐标大于源节点的纵坐标，则输出端口集合只有南方向，执行步骤(2d)；
[0025](2a-4)若目的节点的横坐标等于源节点的横坐标并且目的节点的纵坐标小于源节点的纵坐标，则输出端口集合只有北方向，执行步骤(2d);
[0026](2a-5)若目的节点的横坐标大于源节点的横坐标并且目的节点的纵坐标大于源节点的纵坐标，则输出端口集合有东方向和南方向，执行步骤(2b)；
[0027](2a-6)若目的节点的横坐标大于源节点的横坐标并且目的节点的纵坐标小于源节点的纵坐标，则输出端口集合有东方向和北方向，执行步骤(2b)；
[0028](2a-7)若目的节点的横坐标小于源节点的横坐标并且目的节点的纵坐标大于源节点的纵坐标，则输出端口集合有西方向和南方向，执行步骤(2b)；
[0029](2a-8)若目的节点的横坐标小