CN105049362A - 一种二维环绕网格片上网络的拓扑结构以及路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二维环绕网格片上网络的拓扑结构以及路由方法，用于解决传统二维片上网络路由路径跳步数多，网络延迟大、网络负载不均衡、硬件开销大的问题。其拓扑结构由m×n个路由节点组成m×n矩形网络中除了相邻的每两行和每两列之间各放一个流量控制器外，所有行的首尾和所有列的首尾之间各放一个流量控制器。基于该拓扑结构的路由方法分为性能优先和开销优先两种路由方法，共有12种路由路径模式。本发明的性能优先路由方法使用了6种不同的路由路径模式。本发明的开销优先路由方法使用了2种不同的路由路径模式。该两种路由方法任意路由路径跳步数不超过2。本发明主要具有结构简单对称、网络负载均衡、网络延迟低的优点。

Description

一种二维环绕网格片上网络的拓扑结构以及路由方法

技术领域

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二维环绕网格片上网络的拓扑结构以及相应的性能优先和开销优先路由方法技术。本发明采用了流量控制器连接各个路由节点构成片上网络拓扑结构，同时根据不同的应用要求使用性能优先和开销优先两种不同的路由方法，使得本发明的片上网络路由方法可以很好的提升路由性能和减小片上网络的面积和功耗开销。

背景技术

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SoC(System-on-Chip)的总线结构所固有的三大问题：(1)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。

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(2Dmesh)、树形(Tree)和蝶形(Butterfly)等拓扑结构，其中二维网状片上网络结构(2DMesh)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、功耗等问题的研究都是基于Mesh结构及变型结构。

西安邮电学院拥有的专利技术“一种星簇双环片上网络拓扑结构”(申请号CN200810232464.X，授权公告号CN101420355B，公开日为2009.04.29)中公开了一种星簇双环片上网络拓扑结构，该发明由4m×2k个处理单元和4m个交换节点组成，每2k个处理单元连接成星型网络拓扑结构，共得到4m个星型结构；将4m个星型结构中交换节点连接成DL(2m)互连网络拓扑结构。该发明实现了具有正规性、对称性、平面性、简单的交换节点、良好的可扩展性和较低的网络成本以及简单的路由策略，并且减少了处理单元之间的通信距离，减小了系统的延迟并提高了系统的吞吐量。但该发明因为拓扑结构处理单元和交换节点之间连接复杂且拓扑结构为复杂的星型结构的组合，提高了芯片上布局布线的复杂度。

西安电子科技大学拥有的专利技术“二维网状片上网络系统”(申请号201010507200.8，授权公告号CN102013984B，公开日为2011.4.13)中公开了一种二维网状片上网络系统。该系统用于解决多内核片上系统处理大量数据时的传输延时和功耗大的问题。该系统包括N个内核、N个路由节点(N≥2)和一个二级缓存器L2，其数据交互方法是：将二级缓存器L2设置在内核外，并采用具有内存接入端口的新型交换开关，使二级缓存器L2通过交换开关中的内存接入端口与处理单元PE交换数据，实现所有处理单元PE对二级缓存器L2的共享，并把传统二维网状片上网络系统中处理单元PE之间的写/读操作分为从处理单元PE到共享的二级缓存器L2，再从共享的二级缓存器L2到处理单元PE两步。该专利技术存在的不足是，在传统交叉开关加入内存接入端口，虽然降低了片上网络的功耗，但是每个路由节点依然采用交叉开关阵列来实现数据分组的路由，使得硬件资源的开销增大。

南京航空航天大学申请的专利“一种应用于片上网络的动态路径分配方法及系统”(申请号CN201110107693.0，公开号CN102148763A，公开日为2011.08.10)中公开了一种应用于片上网络的动态路径分配方法及系统，通过实时收集片上网络中各路由单元的带宽占用情况和故障信息，并根据网络状态动态调整通信任务的路由路径，使之绕开拥塞和故障的链路。分配系统包括接收控制器、故障管理模块、通信任务管理模块、节点序列记录模块、路径映射模块、路径管理模块、发送控制器；能在片上网络存在链路拥塞和永久性故障的情况下优化通信任务的路由路径，平衡网络负载，降低数据包阻塞率，有利于改善片上网络在链路拥塞和故障状态下的性能。该专利技术存在的不足之处是，系统模块多且复杂，使得电路的面积和功耗开销很大，而且数据传输时不是非最短路由路径，使得延迟增加。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提出了一种二维环绕网格片上网络的拓扑结构以及路由方法，用于解决传统二维片上网络路由路径跳步数多，网络延迟大、网络负载不均衡、硬件开销大的问题。该拓扑结构具有结构简单、对称、数据分组传输跳步数少、可扩展性好的特点，并可以通过IP复用技术组成通信网络，应用于片上网络系统中；基于该拓扑结构的两种路由方法具有适用目标应用明确、简单、任何路由路径跳步数不超过2、网络延迟低、网络负载均衡的特点。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种二维环绕网格片上网络的拓扑结构，包括由m×n个路由节点组成的m×n矩形网络，其中m≥2，n≥2，在所述m×n矩形网络中的任一相邻行路由节点之间、所有列首尾的路由节点之间、任一相邻列路由节点之间和所有行首尾的路由节点之间，各连接一个流量控制器，形成二维环绕的拓扑结构；其中路由节点用于接收来自本地端口或路由端口的数据分组，并将数据分组注入流量控制器或转发至本地端口、目的地址对应的路由节点端口；流量控制器的数量为m+n个，用于接收来自路由节点的数据分组，并将数据分组传输至下一个路由节点。

上述二维环绕网格片上网络的拓扑结构，所述m×n的矩形网络，设定水平向右的方向为x轴的正方向，垂直向下的方向为y轴的正方向。

上述二维环绕网格片上网络的拓扑结构，所述路由节点设有四个路由端口和一个本地端口，其中四个路由端口分别用于连接东、南、西、北四个方向流量控制器，本地端口通过NI模块与本地IP连接。

上述二维环绕网格片上网络的拓扑结构，所述流量控制器由水平流量控制器和垂直流量控制器组成，其中水平流量控制器用于接收来自任一相邻列路由节点的端口之间和所有行首尾的路由节点的端口之间的数据分组，垂直流量控制器用于接收来自任一相邻行路由节点的端口之间和所有列首尾的路由节点的端口之间的数据分组，并按照相应的路由方法将该数据分组传输至另一个路由节点。

一种二维环绕网格片上网络的拓扑结构的路由方法，其特征在于所述路由方法包含性能优先路由方法和开销优先路由方法，这两种路由方法下任何路由路径跳步数不超过2，即要么直接将数据分组通过流量控制器从源节点传输到目的节点，要么先通过水平流量控制器将数据分组从源节点传输到偏转节点然后通过垂直流量控制器将数据分组从偏转节点传输至目的节点，数据分组的路由路径模式共有十二种。

上述二维环绕网格片上网络的拓扑结构的路由方法，所述数据分组的路由路径模式共有十二种，分别为：东方向-南方向、东方向—北方向、西方向-南方向、西方向-北方向、南方向-西方向、南方向-东方向、北方向-西方向、北方向-东方向、南方向、北方向、西方向、东方向。

上述二维环绕网格片上网络的拓扑结构的路由方法，所述偏转节点是指源节点和目的节点没有通过流量控制器直接相连，数组分组传输时先通过水平流量控制器传输到一个中转节点，然后通过垂直流量控制器从中转节点传输到目的节点，该中转节点即为偏转节点。

上述二维环绕网格片上网络的拓扑结构的路由方法，所述性能优先路由方法传输数据分组的路由路径模式限定为六种，分别为东方向-南方向、西方向-北方向、南方向、北方向、西方向、东方向，该路由方法具体步骤如下：

(1)路由节点接收数据分组：

(1a)路由节点接收来自路由端口的数据分组；

(1b)路由节点接收来自本地端口的数据分组；

(2)判断数据分组的来源：

路由节点判断接收的数据分组是否来自本地端口，若是，则执行步骤(3)；否则，执行步骤(6)；

(3)对路由节点的的坐标进行分类：

若当前路由节点的横坐标值与纵坐标值之和为偶数，则执行步骤(4)，否则执行步骤(5)；

(4)本地数据分组西注入：

若当目的节点的纵坐标值比当前节点的纵坐标值大1时，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的南端口相连的垂直流量控制器，执行步骤(7)；否则若当目的节点的纵坐标值比当前节点的纵坐标值小1时，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的北端口相连的垂直流量控制器，执行步骤(7)；否则若当目的节点的横坐标值比当前节点的横坐标值大1时，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的东端口相连的水平流量控制器，执行步骤(7)；否则，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的西端口相连的水平流量控制器，执行步骤(7)；

(5)本地数据分组东注入：

若当目的节点的纵坐标值比当前节点的纵坐标值大1时，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的南端口相连的垂直流量控制器，执行步骤(7)；否则若当目的节点的纵坐标值比当前节点的纵坐标值小1时，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的北端口相连的垂直流量控制器，执行步骤(7)；否则若当目的节点的横坐标值比当前节点的横坐标值小1时，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的西端口相连的水平流量控制器，执行步骤(7)；否则，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的东端口相连的水平流量控制器，执行步骤(7)；

(6)分类转发数据分组：

(6a)若路由节点端口接收的数据分组的目的坐标为当前路由节点坐标，则将数据分组直接传输给本地端口，本次路由结束；

(6b)若路由节点端口接收的数据分组的目的坐标不是当前路由节点坐标，则将数据分组传输至与目的节点相连的垂直流量控制器，执行步骤(9)；

(7)流量控制器接收来自路由节点的数据分组；

(8)流量控制器端口分配：

(8a)若数据分组的目的节点与当前数据分组所在的流量控制器相连，则流量控制器将本次从路由节点接收的数据分组直接传输至与目的节点相连的该流量控制器端口，执行步骤(10)；

(8b)若数据分组的目的节点与当前数据分组所在的流量控制器不相连，则：若路由节点将数据分组注入到其西方向的水平流量控制器，则水平流量控制器将数据分组传输至比目的节点纵坐标大1的流量控制器端口，该端口所连接的节点称为偏转节点，执行步骤(9)；若路由节点将数据分组注入到其东方向的水平流量控制器，则水平流量控制器将数据分组传输至比目的节点纵坐标小1的流量控制器端口，该端口所连接的节点为偏转节点，执行步骤(9)；

(9)偏转节点通过垂直流量控制器将数据分组传输至与目的节点相连的流量控制器端口；

(10)目的节点接收来自流量控制器的数据分组，将数据分组传输至本地端口，路由结束。

上述二维环绕网格片上网络的拓扑结构的路由方法，所述开销优先路由方法传输数据分组的路由路径模式限定为两种，分别为东方向-南方向、东方向，该路由方法具体步骤如下：

(1)路由节点接收数据分组：

(1a)路由节点接收来自路由端口的数据分组；

(1b)路由节点接收来自本地端口的数据分组；

(2)判断数据分组的来源：

路由节点判断接收的数据分组是否来自本地端口，若是，则执行步骤(3)；否则，执行步骤(4)；

(3)本地端口将数据分组传输至与当前节点的东端口相连的水平流量控制器，执行步骤(5)；

(4)分类转发数据分组：

(4a)若路由节点端口接收的数据分组的目的坐标为当前路由节点坐标，则将数据分组直接传输给本地端口，本次路由结束；

(4b)若路由节点端口接收的数据分组的目的坐标不是当前路由节点坐标，则将数据分组通过该路由节点的南端口传输至与该路由节点相连的垂直流量控制器，执行步骤(7)；

(5)判断数据分组的目的节点位置：

数据分组的目的节点是否与该水平流量控制器直接相连，若是，则执行步骤(8)；否则，执行步骤(6)；

(6)水平流量控制器将数据分组传输至比目的节点纵坐标小1的流量控制器端口，该端口所连接的节点称为偏转节点；

(7)偏转节点通过垂直流量控制器将数据分组传输至与目的节点相连的该垂直流量控制器端口，执行步骤(9)；

(8)水平流量控制器将数据分组传输至与该水平流量控制器相连的目的节点端口；

(9)目的节点接收来自流量控制器的数据分组，将数据分组传输至本地端口，路由结束。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

第一，由于本发明片上网络的拓扑结构中采用流量控制器连接各个路由节点，同时所有行的首尾通过一个流量控制器相连，所有的列的首尾通过一个流量控制器相连构成二维环绕网格片上网络拓扑结构，克服了现有技术采用星簇双环片上网络拓扑内部连接复杂以及拓扑结构复杂的问题，使得使用本发明的网络内部连接对称简单，可扩展性好。

第二，由于本发明的路由方法要么直接将数据分组从源节点通过流量控制器传输到目的节点，要么先通过水平流量控制器将数据分组从源节点传输到偏转节点然后通过垂直流量控制器将数据分组从偏转节点传输至目的节点，使得网络中的任意路由路径的跳步数不会超过2，减小了现有的二维网状片上网络系统的路由路径跳步数，使得网络延迟减少。

第三，由于本发明中的路由方法根据应用要求的不同，分为性能优先路由方法和开销优先路由方法；在性能优先路由方法中采用了六种路由路径模式，使得网络负载均衡，网络延迟低；在开销优先路由方法中采用了两种路由路径模式，有效减小了网络的面积和功耗。

附图说明

图1为本发明的片上网络拓扑结构整体示意图；

图2为本发明路由方法中的十二种路由路径模式示意图；

图3为本发明性能优先路由方法流程图；

图4为本发明开销优先路由方法流程图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

参照附图1对本发明的拓扑结构作进一步的描述。

本发明的拓扑结构，包括路由节点和流量控制器。在m×n网络中，m≥2，n≥2，包含m×n个路由节点和m+n个流量控制器；所述m×n个路由节点排列成m×n的矩形网络；在m×n网络中每每相邻的两行路由节点之间放置一个流量控制器；在m×n网络中每每相邻的两列路由节点之间放置一个流量控制器；所有m行的首尾通过一个流量控制器相连；所有n列的首尾通过一个流量控制器相连；其中：

每个路由节点设有东、西、南、北四个方向上的路由端口和一个本地端口，这四个路由端口分别用于连接相邻的流量控制器，本地端口通过NI模块与本地IP连接，用于将数据分组注入m×n矩形片上网络和接收m×n矩形片上网络排出的数据分组。

所述的流量控制器，用于接收来自路由节点的数据分组，按照相应的路由方法将数据分组传输至下一个路由节点。流量控制器分为两类：水平流量控制器和垂直流量控制器。水平流量控制器用于连接两个相邻的列路由节点组以及所有行的首尾路由节点组，垂直流量控制器用于连接两个相邻的行路由节点组以及所有列的首尾路由节点组。在m×n网络中，水平流量控制器共有n个，每个水平流量控制器有2m个端口，其中左端有m个端口，标号为1，2，3…m，右端有m个端口标号为m+1，m+2，m+3…2m；垂直流量控制器共有m个，每个垂直流量控制器有2n个端口，其中上端有n个端口，标号为1，2，3…n，下端有n个端口，标号为n+1，n+2，n+3…2n。流量控制器只能将数据分组从一端传输到另外一端而不能将数据分组在同一端传输，即对于水平流量控制器，如果左端的某一个端口接收到数据分组则只能将其传输到右端的某一个端口，如果右端的某一个端口接收到数据分组则只能将其传输到左端的某一个端口，对于垂直流量控制器，如果上端的某一个端口接收到数据分组则只能将其传输到下端的某一个端口，如果下端的某一个端口接收到数据分组则只能将其传输到上端的某一个端口。

在m×n二维环绕网格片上网络中设定右起第一个节点为片上网络的坐标原点，将坐标原点水平向右的方向作为横坐标的正方向，将坐标原点垂直向下的方向作为纵坐标的正方向，组成一个二维坐标系。图1中(0,0)，(0,1)，(0,2)，(0,m-1)；(1,0)，(1,1)，(1,2)，(1,m-1)；(2,0)，(2,1)，(2,2)，(2,m-1)；(n-1,0)，(n-1,1)，(n-1,2)，(n-1,m-1)的标识，表示路由节点所对应的坐标值。图1中TM_H0，TM_H1，TM_H3，TM_Hn-1的标识，表示水平流量控制器，图1中TM_V0，TM_V1，TM_V2，TM_Vm-1的标识，表示垂直流量控制器。

参照附图2，对本发明路由方法中的十二种路由路径模式作进一步的描述。

12种路由路径模式可以分为源节点与目的节点不相连和源节点与目的节点相连两大类。源节点和目的节点不通过流量控制器直接相连中包括八种模式，分别为：东方向-南方向、东方向—北方向、西方向-南方向、西方向-北方向、南方向-西方向、南方向-东方向、北方向-西方向、北方向-东方向，其中东方向-南方向表示的是数据分组由路由节点的东端口方向通过水平流量控制器传输到偏转节点，然后该数据分组再由偏转节点的南端口方向通过垂直流量控制器传输到目的节点，西方向-北方向表示的是数据分组由路由节点的西端口方向通过水平流量控制器传输到偏转节点，然后该数据分组再由偏转节点的北端口方向通过垂直流量控制器传输到目的节点，其它模式类似；源节点和目的节点通过流量控制器直接相连中包括四种模式，分别为：南方向、北方向、西方向、东方向，其中南方向表示的是数据分组由路由节点的南端口方向通过垂直流量控制器传输到目的节点，西方向表示的是数据分组由路由节点的西端口方向通过水平流量控制器传输到目的节点，其它模式类似。图2中标有S的圈表示源节点，标有D并且没有灰色背景的表示偏转节点，标有D且有灰色背景的表示目的节点，带有箭头的直线表示数据分组的传输方向。

参照附图3，对本发明性能优先路由方法作进一步描述。

二维环绕网格片上网络的拓扑结构的路由方法，包含性能优先路由方法和开销优先路由方法，这两种路由方法下任何路由路径跳步数不超过2，即要么直接将数据分组通过流量控制器从源节点传输到目的节点，要么先通过水平流量控制器将数据分组从源节点传输到偏转节点然后通过垂直流量控制器将数据分组从偏转节点传输至目的节点。

性能优先路由方法的具体步骤如下：

步骤1.路由节点接收数据分组。

路由节点接收来自路由端口的数据分组，路由节点接收来自本地端口的数据分组。

步骤2.判断数据分组的来源。

路由节点判断接收的数据分组是否来自本地端口，若是，则执行步骤3；否则，执行步骤4。

步骤3.按照注入原则将数据分组注入相应的流量控制器。

如果当前路由节点的横坐标值与纵坐标值之和为偶数，则本地数据分组西注入。即，若当目的节点的纵坐标值比当前节点的纵坐标值大1时，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的南端口相连的垂直流量控制器，执行步骤5；否则若当目的节点的纵坐标值比当前节点的纵坐标值小1时，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的北端口相连的垂直流量控制器，执行步骤5；否则若当目的节点的横坐标值比当前节点的横坐标值大1时，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的东端口相连的水平流量控制器，执行步骤5；否则，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的西端口相连的水平流量控制器，执行步骤5。

如果当前路由节点的横坐标值与纵坐标值之和为奇数，则本地数据分组东注入。即，若当目的节点的纵坐标值比当前节点的纵坐标值大1时，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的南端口相连的垂直流量控制器，执行步骤5；否则若当目的节点的纵坐标值比当前节点的纵坐标值小1时，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的北端口相连的垂直流量控制器，执行步骤5；否则若当目的节点的横坐标值比当前节点的横坐标值小1时，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的西端口相连的水平流量控制器，执行步骤5；否则，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的东端口相连的水平流量控制器，执行步骤5。

该步骤中的注入原则按照路由节点横坐标和纵坐标之和的奇偶来分别进行西注入和东注入，能够很好的均衡网络负载，提高网络性能。

步骤4.判断当前节点是否为目的节点。

若路由节点端口接收的数据分组的目的坐标为当前节点坐标，则执行步骤9；

若路由节点端口接收的数据分组的目的坐标不是当前节点坐标，则当前节点为偏转节点，执行步骤8。

步骤5.判断目的节点是否与当前流量控制器相连。

若数据分组的目的节点与当前数据分组所在的流量控制器相连，则执行步骤6；

若数据分组的目的节点与当前数据分组所在的流量控制器不相连，则执行步骤7；

该步骤中所述的目的节点是否与当前流量控制器相连，是指目的节点与流量控制器的非接收数据分组端相连，例如若步骤3中路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的南端口相连的垂直流量控制器，即垂直流量控制器的上端为数据分组接收端，非数据分组接收端则为垂直流量控制器的下端，若步骤3中路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的北端口相连的垂直流量控制器，即垂直流量控制器的下端为数据分组接收端，非数据分组接收端则为垂直流量控制器的上端，水平流量控制器类似。

步骤6.传输给目的节点。

将数据分组通过当前流量控制器传输给目的节点，执行步骤9。

步骤7.传输给偏转节点。

若路由节点将数据分组注入到其西方向的水平流量控制器，则水平流量控制器将数据分组传输至比目的节点纵坐标大1的流量控制器端口，该端口所连接的节点为偏转节点；若路由节点将数据分组注入到其东方向的水平流量控制器，则水平流量控制器将数据分组传输至比目的节点纵坐标小1的流量控制器端口，该端口所连接的节点为偏转节点。

该步骤中，根据数据分组注入到的是路由节点西方向的水平流量控制器还是路由节点东方向的水平流量控制器，分别将数据分组通过水平流量控制器传输至比目的节点纵坐标大1的该水平流量控制器端口或者比目的节点纵坐标小1的该水平流量控制器端口，可以很好的均衡网络负载，提高网络性能。

步骤8.偏转节点通过垂直流量控制器把数据分组传输给目的节点。

偏转节点接收来自流量控制器的数据分组，通过垂直流量控制器把数据分组传输至与该垂直流量控制器端口相连的目的节点。

步骤9.数据分组传输给本地端口。

目的节点接收来自流量控制器的数据分组，将数据分组传输至本地端口，路由结束。

参照附图4，对本发明开销优先路由方法作进一步的描述。其具体步骤如下：

步骤1.路由节点接收数据分组。

路由节点接收来自路由端口的数据分组，路由节点接收来自本地端口的数据分组。

步骤2.判断数据分组的来源。

路由节点判断接收的数据分组是否来自本地端口，若是，则执行步骤3；否则，执行步骤4。

步骤3.数据分组传输至与当前节点的东端口相连的水平流量控制器。

路由节点通过本地端口将数据分组传输至与当前节点的东端口相连的水平流量控制器，执行步骤5。

该步骤中，将数据分组传输至与当前节点的东端口相连的水平流量控制器，是因为在所述的开销优先路由方法中只有东方向-南方向、东方向这两种路由路径模式被使用，所以不论目的节点是否与当前路由节点通过水平流量控制器或者垂直流量控制器直接相连，本地端口的数据分组只能注入到与当前节点的东端口相连的水平流量控制器。限定的路由路径模式只有两种，则路由节点中的路由器只有西端口和北端口能接受数据分组，所以路由器中的东端口和南端口不需要输入缓冲，将极大地减小路由器的面积和功耗开销，从而整个片上网络的面积和功耗开销减小。

步骤4.判断当前节点是否为目的节点。

若路由节点端口接收的数据分组的目的坐标是当前节点坐标，则该节点为目的节点，执行步骤9；

若路由节点端口接收的数据分组的目的坐标不是当前节点坐标，则该节点为偏转节点，执行步骤7。

步骤5.判断数据分组的目的节点是否与当前流量控制器相连。

数据分组的目的节点是否与该水平流量控制器直接相连，若是，则执行步骤8；否则，执行步骤6。

步骤6.传输给偏转节点。

水平流量控制器将数据分组传输至比目的节点纵坐标小1的流量控制器端口，该端口所连接的节点为偏转节点。

步骤7.偏转节点通过垂直流量控制器把数据分组传输至目的节点。

偏转节点通过垂直流量控制器将数据分组传输至与该垂直流量控制器端口相连接的目的节点，执行步骤9。

步骤8.传输给目的节点。

水平流量控制器将数据分组传输至与该水平流量控制器相连的目的节点端口。

步骤9.目的节点将数据分组传输至本地端口。

目的节点接收来自流量控制器的数据分组，将数据分组传输至本地端口，路由结束。

Claims (9)

1.一种二维环绕网格片上网络的拓扑结构，包括由m×n个路由节点组成的m×n矩形网络，其中m≥2，n≥2，其特征在于，在所述m×n矩形网络中的任一相邻行路由节点之间、所有列首尾的路由节点之间、任一相邻列路由节点之间和所有行首尾的路由节点之间，各连接一个流量控制器，形成二维环绕的拓扑结构；其中路由节点用于接收来自本地端口或路由端口的数据分组，并将数据分组注入流量控制器或转发至本地端口、目的地址对应的路由节点端口；流量控制器的数量为m+n个，用于接收来自路由节点的数据分组，并将数据分组传输至下一个路由节点。

2.根据权利要求1所述的二维环绕网格片上网络的拓扑结构，其特征在于所述m×n的矩形网络，设定水平向右的方向为x轴的正方向，垂直向下的方向为y轴的正方向。

3.根据权利要求1所述的二维环绕网格片上网络的拓扑结构，其特征在于所述路由节点设有四个路由端口和一个本地端口，其中四个路由端口分别用于连接东、南、西、北四个方向流量控制器，本地端口通过NI模块与本地IP连接。

4.根据权利要求1所述的二维环绕网格片上网络的拓扑结构，其特征在于所述流量控制器由水平流量控制器和垂直流量控制器组成，其中水平流量控制器用于接收来自任一相邻列路由节点的端口之间和所有行首尾的路由节点的端口之间的数据分组，垂直流量控制器用于接收来自任一相邻行路由节点的端口之间和所有列首尾的路由节点的端口之间的数据分组，并按照相应的路由方法将该数据分组传输至另一个路由节点。

5.一种二维环绕网格片上网络拓扑结构的路由方法，其特征在于所述路由方法包含性能优先路由方法和开销优先路由方法，这两种路由方法下任何路由路径跳步数不超过2，即要么直接将数据分组通过流量控制器从源节点传输到目的节点，要么先通过水平流量控制器将数据分组从源节点传输到偏转节点然后通过垂直流量控制器将数据分组从偏转节点传输至目的节点，数据分组的路由路径模式共有十二种。

6.根据权利要求5所述的二维环绕网格片上网络拓扑结构的路由方法，其特征在于所述数据分组的路由路径模式共有十二种，分别为：东方向-南方向、东方向—北方向、西方向-南方向、西方向-北方向、南方向-西方向、南方向-东方向、北方向-西方向、北方向-东方向、南方向、北方向、西方向、东方向。

7.根据权利要求5所述的二维环绕网格片上网络的拓扑结构的路由方法，其特征在于所述偏转节点是指源节点和目的节点没有通过流量控制器直接相连，数组分组传输时先通过水平流量控制器传输到一个中转节点，然后通过垂直流量控制器从中转节点传输到目的节点，该中转节点即为偏转节点。

8.根据权利要求5所述的二维环绕网格片上网络的拓扑结构的路由方法，其特征在于所述性能优先路由方法传输数据分组的路由路径模式限定为六种，分别为东方向-南方向、西方向-北方向、南方向、北方向、西方向、东方向，该路由方法具体步骤如下：

(1)路由节点接收数据分组：

(1a)路由节点接收来自路由端口的数据分组；

(1b)路由节点接收来自本地端口的数据分组；

(2)判断数据分组的来源：

路由节点判断接收到的数据分组是否来自本地端口，若是，则执行步骤(3)；否则，执行步骤(6)；

(3)对路由节点的的坐标进行分类：

若当前路由节点的横坐标值与纵坐标值之和为偶数，则执行步骤(4)，否则执行步骤(5)；

(4)本地数据分组西注入：

若当目的节点的纵坐标值比当前节点的纵坐标值大1时，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的南端口相连的垂直流量控制器，执行步骤(7)；否则若当目的节点的纵坐标值比当前节点的纵坐标值小1时，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的北端口相连的垂直流量控制器，执行步骤(7)；否则若当目的节点的横坐标值比当前节点的横坐标值大1时，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的东端口相连的水平流量控制器，执行步骤(7)；否则，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的西端口相连的水平流量控制器，执行步骤(7)；

(5)本地数据分组东注入：

若当目的节点的纵坐标值比当前节点的纵坐标值大1时，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的南端口相连的垂直流量控制器，执行步骤(7)；否则若当目的节点的纵坐标值比当前节点的纵坐标值小1时，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的北端口相连的垂直流量控制器，执行步骤(7)；否则若当目的节点的横坐标值比当前节点的横坐标值小1时，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的西端口相连的水平流量控制器，执行步骤(7)；否则，路由节点将本地端口的数据分组传输给与路由节点的东端口相连的水平流量控制器，执行步骤(7)；

(6)分类转发数据分组：

(6a)若路由节点端口接收的数据分组的目的坐标为当前路由节点坐标，则将数据分组直接传输给本地端口，本次路由结束；

(6b)若路由节点端口接收的数据分组的目的坐标不是当前路由节点坐标，则当前节点为偏转节点，执行步骤(9)；

(7)流量控制器接收来自路由节点的数据分组；

(8)流量控制器端口分配：

(8a)若数据分组的目的节点与当前数据分组所在的流量控制器相连，则流量控制器将接收到的数据分组直接传输至与目的节点相连的该流量控制器端口，执行步骤(10)；

(8b)若数据分组的目的节点与当前数据分组所在的流量控制器不相连，则：若路由节点将数据分组注入到其西方向的水平流量控制器，则水平流量控制器将数据分组传输至比目的节点纵坐标大1的流量控制器端口，该端口所连接的节点为偏转节点，执行步骤(9)；若路由节点将数据分组注入到其东方向的水平流量控制器，则水平流量控制器将数据分组传输至比目的节点纵坐标小1的流量控制器端口，该端口所连接的节点为偏转节点，执行步骤(9)；

(9)偏转节点通过垂直流量控制器将数据分组传输至与目的节点相连的流量控制器端口；

(10)目的节点接收来自流量控制器的数据分组，将数据分组传输至本地端口，路由结束。

9.根据权利要求5所述的二维环绕网格片上网络的拓扑结构的路由方法，其特征在于所述开销优先路由方法传输数据分组的路由路径模式限定为两种，分别为东方向-南方向、东方向，该路由方法具体步骤如下：

(1)路由节点接收数据分组：

(1a)路由节点接收来自路由端口的数据分组；

(1b)路由节点接收来自本地端口的数据分组；

(2)判断数据分组的来源：

路由节点判断接收的数据分组是否来自本地端口，若是，则执行步骤(3)；否则，执行步骤(4)；

(3)本地端口将数据分组传输至与当前节点的东端口相连的水平流量控制器，执行步骤(5)；

(4)分类转发数据分组：

(4a)若路由节点端口接收的数据分组的目的坐标为当前路由节点坐标，则将数据分组直接传输给本地端口，本次路由结束；

(4b)若路由节点端口接收的数据分组的目的坐标不是当前路由节点坐标，则将数据分组通过该路由节点的南端口传输至与该路由节点相连的垂直流量控制器，执行步骤(7)；

(5)判断数据分组的目的节点位置：

数据分组的目的节点是否与该水平流量控制器直接相连，若是，则执行步骤(8)；否则，执行步骤(6)；

(6)水平流量控制器将数据分组传输至比目的节点纵坐标小1的流量控制器端口，该端口所连接的节点为偏转节点；

(7)偏转节点通过垂直流量控制器将数据分组传输至与目的节点相连的该垂直流量控制器端口，执行步骤(9)；

(8)水平流量控制器将数据分组传输至与该水平流量控制器相连的目的节点端口；

(9)目的节点接收来自流量控制器的数据分组，将数据分组传输至本地端口，路由结束。