CN105634960B - 基于分形树结构的数据发布装置、方法、控制装置及智能芯片 - Google Patents

基于分形树结构的数据发布装置、方法、控制装置及智能芯片 Download PDF

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Abstract

本发明提出基于分形树结构的数据发布装置、方法、控制装置及智能芯片，该装置包括一中心节点，其为所述片上网络的通信数据中心，用于向所述多个叶子节点进行通信数据的广播或多播；多个叶子节点，其为所述片上网络的通信数据节点，用于向所述中心叶子节点进行通信数据的传递；转发器模块，用于连接所述中心节点与所述多个叶子节点，通信数据通过所述转发模块进行转发；将所述多个叶子节点分为N组，每组中叶子节点的个数相同，所述中心节点通过所述转发模块单独与每一组叶子节点进行通信连接，每组叶子节点构成的通信结构具有自相似性，所述多个叶子节点与所述中心节点通过多层所述转发器模块以完全多叉树方式进行通信连接。

Description

基于分形树结构的数据发布装置、方法、控制装置及智能芯片
技术领域
本发明涉及智能设备、无人驾驶、片上网络数据传输等技术领域，特别涉及基于分形树结构的数据发布装置、方法、控制装置及智能芯片。
背景技术
广播是指对网络中限定范围内，即广播域上，所有设备进行数据传输的一种方式；多播是指对网络中一台或者多台主机进行数据传输的一种方式。片上网络是基于多处理器技术的一种新型的计算机集成形式，可以在并发和非阻塞交换中获得更高的带宽的同时，适应现在复杂SoC设计中常使用的多异步时钟，但是由于在数据打包、缓冲、同步和接口中增加了延迟，使得片上广播对于每个核的延迟不同，如图1所示环形片上的网络结构示意图，其中，将所有tile(节点)相连成环，相邻tile可以直接传输数据，但是对角tile通信延迟较长，导致广播时，数据到达每个节点的延迟不同。
为了减少数据在打包、缓冲、同步和接口中的延迟，数据在各节点中最好以流水的方式传输。数据流水传输是指，节点在一个节拍内接受数据后，不停歇的在下一个节拍把数据发送给下一个节点，如果在各节点间中不具有一致的网络通信协议，各节点中缺乏协作，数据流水在执行中可能会发生数据冲突和丢失，那么芯片内的数据传输将是不可靠的，在特定实例中，由于数据发送方无法得知数据接收方是否已经从缓冲区域取走数据，则会将下一个数据发送至数据接收方的缓冲区域，此时原数据将被新数据冲刷更新而丢失。
现有技术对片上多核之间的广播和多播通信方式都缺乏有效地支持，因此，提供一种同时支持广播和多播通信方式的同步的、流水的、可靠的方式就尤为迫切。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出特别涉及基于分形树结构的数据发布装置、方法、控制装置及智能芯片，用于将中心数据发布至数据处理设备内高速缓存中。
由以上方案可知，本发明的优点在于：
本发明能够以同步的、流水的、可靠的方式在片上网络上实现广播和多播等操作，提高广播通讯和多播通讯的效率，使得通信的吞吐率大大提高，并在通信协议的保证下，使得数据传输得以安全地传输给各分支节点，做到数据的一致性和无差错，从而获得比现有技术更好的通讯效果。
附图说明
图1为现有技术的环型片上网络结构示意图；
图2为本发明的hub_one_to_two结构示意图；
图3为本发明的hub_one_to_two与数据接收方握手的行为示意图；
图4为本发明的一个实施例中使用h-tree连接的16+1个核的片上多核结构示意图；
图5为本发明的另一个实施例中数据在hub中传输的行为示意图；
图6为本发明的h-tree结构的展开成完全二叉树拓扑的结构示意图；
图7为本发明的另一个实施例中在h-tree上，全带宽的数据与对应每个leaf tile的数据段的示意图。
图8为本发明的一个实施例中使用x-tree连接的64+1个核的片上多核结构示意图；
图9为本发明的另一个实施例中数据在hub中传输的行为示意图；
图10为本发明的x-tree结构的完全四叉树拓扑的结构示意图；
图11为本发明的另一个实施例中，在x-tree上，全带宽的数据与对应每个leaftile的数据段的示意图。
具体实施方式
本发明提出一种基于分形树网络结构的数据发布装置，包括：
一中心节点，其为所述片上网络的通信数据中心，用于向所述多个叶子节点进行通信数据的广播或多播；
多个叶子节点，其为所述片上网络的通信数据节点，用于向所述中心叶子节点进行通信数据的传递；
转发器模块，用于连接所述中心节点与所述多个叶子节点，通信数据通过所述转发模块进行转发；
将所述多个叶子节点分为N组，每组中叶子节点的个数相同，所述中心节点通过所述转发模块单独与每一组叶子节点进行通信连接，每组叶子节点构成的通信结构具有自相似性，所述多个叶子节点与所述中心节点通过多层所述转发器模块以完全多叉树方式进行通信连接。
每个节点包括本地高速缓存结构，用于存储所述中心节点发布数据的子集；
每个叶子节点均有id标识，且所述id标识从完全多叉树的拓扑一侧按序依次增加序号。
所述数据发布装置共享一个时钟信号。
所述转发器模块包括本地高速缓存结构，用于存储数据。
本发明还提出一种利用所述数据发布装置的数据发布方法，通过所述中心节点将通信数据向所述多个叶子节点进行发布，其中，数据发送方准备好发送数据后，发送数据有效信号，并将数据置于总线；数据接收方准备好接收数据后，发送数据准备接收信号；当所述数据有效信号与所述数据准备接收信号双方检测到后，数据发送方认为数据已经发出，且被数据接收方接收。
当从所述中心节点将通信数据向所述多个叶子节点之间进行广播时，首先数据通过握手协议从所述中心节点进入与所述中心节点直接相连的所述转发器模块的局部缓存中暂时存储，每次握手协议成功后，进入下一层中间转发模块局部缓存中暂时存储，最后输入与所述叶子节点直接相连的转发器模块，并由转发器模块分别发布给与其相连的一组叶子节点。
如果下一时钟节拍数据发送方与数据接收方握手协议成功，则数据以流水方式进入数据接收方的局部缓存中存储；如果握手协议不成功，则数据在当前层的局部缓存中保存，且使得当前层作为上一层的数据接收方，并停止发送数据准备接收信号，使得当前层的局部缓存中的数据停止更新，数据一直保存在当前层，直到握手协议成功。
当所述中心节点将通信数据向所述多个叶子节点之间进行多播时，首先数据通过握手协议从所述中心节点进入与所述中心节点直接相连的所述转发器模块的局部缓存中暂时存储，每次握手协议成功后，进入下一层中间转发器模块局部缓存中暂时存储，最后输入与所述叶子节点直接相连的转发器模块，并由转发器模块分别发布给与其相连的一组叶子节点。
在接收的数据时，所述叶子节点根据与其相对应的id标识选取预设带宽的数据。
本发明还提出一种包含所述数据发布装置的控制装置。
本发明还提出一种包含所述控制装置的智能芯片。
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
附图4为本发明的一个实施例中使用h-tree连接的16+1个核的片上多核结构示意图，h树的根节点为central tile，其为数据发布的起点；h树的叶子节点为leaf tile，其为数据发布的终点；其余的中间节点为hub，用于传输并分发数据；
将图中16个leaf tiles分为8组，每组中leaf tile的个数均为2，所述hub通过所述转发模块单独与每一组leaf tile进行通信连接，每组leaf tile构成的通信结构具有自相似性，所述多个leaf tile与所述central tile通过多层所述转发器模块以完全二叉树方式进行连接；此设备实现了从一个数据中心以广播或者多播的方式向处理单元发布数据的情况。
附图2表示了hub结构示意图，hub由hub_one_to_two模块构成，hub_one_to_two将一组全带宽的输入数据20分成两组全带宽的数据21和22输出，用于从central tile到leaftile的传输。
如图3所示，当标记为310的hub_one_to_two模块已经将数据与数据有效信号发至总线上，且标记为320的数据接收方0与标记为330的数据接收方1已经将数据准备接收信号发至总线时，此时握手协议才算成功：此拍310认为数据接收方，即320和330，已经接收数据，而下一拍320和330将此拍总线上的数据存入自己的缓冲区。
如图4所示，标记410的central tile广播数据来初始化全部的leaf tile，此时所有hub和leaf tile的局部缓存均为空，其数据准备接收信号均为高，此时与410直接相连的标记为420的hub0_0其数据准备接收信号同样为高。在第一拍时，410准备好数据，将其和数据有效信号置高，由于标记420的hub0_0此时的数据准备接收信号为高，410与420握手成功，在第二拍时，420将数据从总线存入其局部缓存中暂时存储，由于第二拍时，420的局部缓存中已经存有数据，它将数据及其有效信号发送至向下一级430与431方向的总线上，而此时标记为430的hub1_0与标记为431的hub1_1的数据准备接收信号也为高，当拍420与下一层的430和431握手成功，在第三拍时，430与431将数据从总线存入其局部缓存中暂时存储，依次执行，数据每一拍都从上一层向下一层行进一步。在此实例中，以430的hub1_0至标记为460的leaf tile0分支为例，在第四拍时，数据流入标记为440的hub2_0的局部缓存中暂时存储；在第五拍时，数据流入标记为450的hub3_0的局部缓存中暂时存储；在第六拍是，450通过两个输入端口在握手协议成功后分别将全带宽的数据存储到与其相连的一组leaftile的局部缓存中，此时数据到达标记为460的leaf tile0。由此，在数据通路顺畅的情况下，数据的按层级流水传输得以保证。
如图5所示，此一实例以hub1_0作例，当如下情况发生时，数据将滞留在hub中，在第一拍时，标记为520的hub1_0收到来自标记为510的hub0_0的数据，此时，520将数据与其数据有效信号置于向下一层530与531方向的总线上。现设置情景如下，此时标记为530的hub2_0与标记为531的hub2_1此时并未发出数据准备信号，并在之后时间内一直保持这样的状况，此时由于520与下一层的530和531握手不成功，520的数据无法传输给下一级530与531，并滞留于520的局部缓存中，此时520无法发送数据准备接收信号，在之后的时间内，由于510的局部缓存为空，其又可以接收新的数据，但由于520并未发送数据准备接收信号，导致520与510握手不成功，即510的数据无法发送至520，保证了520的局部缓存中的数据的安全性，从而，使得数据传输的可靠性得以实现。
如图5所示，此一实例以hub1_0作例，当如下情况发生时，hub将可以流水传输数据，在第一拍时，标记为520的hub1_0收到来自标记为510的hub0_0的数据，此时，520将数据与其数据有效信号置于向下一层530与531方向的总线上。现设置情景如下，此时标记为530的hub2_0与标记为531的hub2_1此时发出数据准备信号，并在之后时间内一直保持这样的状况，此时由于520与下一层的530和531握手成功，520的数据传输给下一级530与531，此时520已经可以发送数据准备接收信号，若此时510的局部缓存已经准备好新的数据，并将数据与与其数据有效信号置于向520方向的总线上，在当拍，由于520发送数据准备接收信号，520与510握手成功，在第二拍，520将510传输过来的数据存于局部缓存中，并将数据及其有效信号置于向下一层530与531方向的总线上，由此，可见，hub在数据通路舒畅即数据源充足的情况下，可以进行流水传输数据。
如图6所示，假设有16个leaf tile，将h树以完全二叉树的拓扑展开，hub为非叶节点，而leaf tile为叶节点，将在树中高度相同的节点都从左到右依次增序，hub以其层数与序号相结合命名，如标记610为hub0_0，即第一层的0号节点，标记620为hub1_0，即第二层的0号节点，标记621为hub1_1，即第二层的1号节点。
如图6所示，在一实施例中，标记60的central tile多播数据来初始化全部的leaftile，此时所有hub和leaf tile的局部缓存均为空，其数据准备接收信号均为高，即数据通路顺畅，按数据流水传输，在第一拍时，60与610握手成功，在第二拍时，610将数据从总线存入其局部缓存中暂时存储，当拍610与下一层的620和621握手成功，在第三拍时，620与621将数据从总线存入其局部缓存中暂时存储，当拍620与下一层的630和631握手成功，621与下一层的632和633握手成功，在第四拍时，630，631，632，633将数据从总线存入其局部缓存中暂时存储，630与下一层的640和641握手成功，631与下一层的642和643握手成功，632与下一层的644和645握手成功，633与下一层的646和647握手成功，在第五拍时，640，641，642，643，644，645，646，647将数据从总线存入其局部缓存中暂时存储，640与下一层的650和651握手成功，641与下一层的652和653握手成功，642与下一层的654和655握手成功，643与下一层的656和657握手成功，644与下一层的658和659握手成功，645与下一层的65a和65b握手成功，646与下一层的65c和65d握手成功，647与下一层的65e和65f握手成功，在第六拍时，数据同时存储至所有leaf tile，650，651，652，653，654，655，656，657，658，659，65a，65b，65c，65e，65f的局部缓存中，由此可见，数据从中心向叶子节点广播的数据在数据通路顺畅的情况下可以同时到达，数据的同步性得以实现。
在上一实例中，数据到达每个leaf tile时都是全带宽的，假设如图7所示，每个leaf tile的预设带宽均为16位数据，则其可以按照其id序号从全带宽的数据中取得对自己多播的数据，数据在全带宽中的位置为[id*16:id*16+15]。如id序号为15的数据D0，位于data[255:240]，而id序号为0的数据D0，位于data[15:0]。
图9为本发明的一个实施例中使用x-tree连接的64+1个核的片上多核结构示意图，x树的根节点为central tile，其为数据发布的起点；x树的叶子节点为leaf tile，其为数据发布的终点；其余的中间节点为hub，用于传输并分发数据；将图中64个leaf tiles分为16组，每组中leaf tile的个数均为4，所述hub通过所述转发模块单独与每一组leaftile进行通信连接，每组leaf tile构成的通信结构具有自相似性，所述多个leaf tile与所述central tile通过多层所述转发器模块以完全四叉树方式进行连接；此设备实现了从一个数据中心以广播或者多播的方式向处理单元发布数据的情况。
图8表示了hub结构示意图，hub由hub_one_to_four模块构成，hub_one_to_four将一组全带宽的输入数据800分成四组全带宽的数据801、802、803和804输出，用于从centraltile到leaf tile的传输。
如图10所示，标记A10的central tile广播数据来初始化全部的leaf tile，此时所有hub和leaf tile的局部缓存均为空，其数据准备接收信号均为高，此时与A10直接相连的标记为A20的hub0_0其数据准备接收信号同样为高。在第一拍时，A10准备好数据，将其和数据有效信号置高，由于标记A20的hub0_0此时的数据准备接收信号为高，A10与A20握手成功，在第二拍时，A20将数据从总线存入其局部缓存中暂时存储，由于第二拍时，A20的局部缓存中已经存有数据，它将数据及其有效信号发送至向下一级A30、A31、A32、A33方向的总线上，而此时标记为A30的hub1_0、标记为A31的hub1_1、标记为A32的hub1_2、标记为A33的hub1_3的数据准备接收信号也为高，当拍A20与下一层的A30、A31、A32、A33握手成功，在第三拍时，A30、A31、A32、A33将数据从总线存入其局部缓存中暂时存储，依次执行，数据每一拍都从上一层向下一层行进一步。在此实例中，以A33的hub1_3至标记为A50的leaf tile48分支为例：在第四拍时，数据流入标记为A40的hub2_12的局部缓存中暂时存储；在第五拍时，A40通过四个输入端口在握手协议成功后分别将全带宽的数据存储到与其相连的一组，即4个leaf tile的局部缓存中，包括A50、A51、A52、A53；此时数据到达标记为A50的leaftile48。由此，在数据通路顺畅的情况下，数据的按层级流水传输得以保证。
如图9所示，假设有64个leaf tile与一个central tile，通过x树以完全四叉树为拓扑连接，hub为非叶节点，而leaf tile为叶节点，将在树中高度相同的节点都逆时针依次增序，hub以其层数与序号相结合命名，如标记910为hub0_0，即第一层的0号节点，标记920为hub1_0，即第二层的0号节点，标记921为hub1_1，即第二层的1号节点。
如图9所示，在一实施例中，标记90的central tile多播数据来初始化全部的leaftile，此时所有hub和leaf tile的局部缓存均为空，其数据准备接收信号均为高，即数据通路顺畅，按数据流水传输，在第一拍时，90与910握手成功；在第二拍时，910将数据从总线存入其局部缓存中暂时存储，当拍910与下一层的920、921、922和923握手成功；在第三拍时，920、921、922和923将数据从总线存入其局部缓存中暂时存储，当拍920与下一层的930、931、932和933握手成功，921与下一层的934、935、936和937握手成功，922与下一层的938、939、93a和93b握手成功，923与下一层的93c、93d、93e和93f握手成功；在第四拍时，930，931，932，933,934、935、936、937、938、939、93a、93b、93c、93d、93e和93f将数据从总线存入其局部缓存中暂时存储，930与下一层的940、941、942和943握手成功，931与下一层的944、945、946和947握手成功，932与下一层的948、949、950和951握手成功，933与下一层的952、953、954和955握手成功，934与下一层的956、957、958和959握手成功，935与下一层的960、961、962和963握手成功，936与下一层的964、965、966和967握手成功，937与下一层的968、969、970和971握手成功，938与下一层的972、973、974和975握手成功，939与下一层的976、977、978和979握手成功，93a与下一层的980、981、982和983握手成功，93b与下一层的984、985、986和988握手成功，93c与下一层的988、989、990和991握手成功，93d与下一层的992、993、994和995握手成功，93e与下一层的996、997、998和999握手成功，93f与下一层的9a0、9a1、9a2和9a3握手成功；在第五拍时，数据同时存储至所有leaf tile，940～9a3的局部缓存中，由此可见，数据从中心向叶子节点广播的数据在数据通路顺畅的情况下可以同时到达，数据的同步性得以实现。
在上一实例中，数据到达每个leaf tile时都是全带宽的，假设如图11所示，每个leaf tile的预设带宽均为16位数据，则其可以按照其id序号从全带宽的数据中取得对自己多播的数据，数据在全带宽中的位置为[id*16:id*16+15]。如id序号为63的数据D0，位于data[1023:1008]，而id序号为0的数据D0，位于data[15:0]。
这里说明的装置和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种基于分形树网络结构的数据发布装置，其特征在于，包括：
一中心节点，其为片上网络的通信数据中心，用于向多个叶子节点进行通信数据的广播或多播；
多个叶子节点，其为所述片上网络的通信数据节点，用于向所述中心节点进行通信数据的传递；
转发器模块，用于连接所述中心节点与所述多个叶子节点，通信数据通过所述转发器模块进行转发；
将所述多个叶子节点分为N组，每组中叶子节点的个数相同，所述中心节点通过所述转发器模块单独与每一组叶子节点进行通信连接，每组叶子节点构成的通信结构具有自相似性，所述多个叶子节点与所述中心节点通过多层所述转发器模块以完全多叉树方式进行通信连接。
2.如权利要求1所述的基于分形树网络结构的数据发布装置，其特征在于，每个节点包括本地高速缓存结构，用于存储所述中心节点发布数据的子集；
每个叶子节点均有id标识，且所述id标识从完全多叉树的拓扑一侧按序依次增加序号；
所述数据发布装置共享一个时钟信号。
3.如权利要求1所述的基于分形树网络结构的数据发布装置，其特征在于，所述转发器模块包括本地高速缓存结构，用于存储数据。
4.一种利用如权利要求1或2或3所述数据发布装置的数据发布方法，其特征在于，通过所述中心节点将通信数据向所述多个叶子节点进行发布，其中，数据发送方准备好发送数据后，发送数据有效信号，并将数据置于总线；数据接收方准备好接收数据后，发送数据准备接收信号；当所述数据有效信号与所述数据准备接收信号双方检测到后，数据发送方认为数据已经发出，且被数据接收方接收。
5.如权利要求4所述的数据发布方法，其特征在于，包括：
当从所述中心节点将通信数据向所述多个叶子节点之间进行广播时，首先数据通过握手协议从所述中心节点进入与所述中心节点直接相连的所述转发器模块的局部缓存中暂时存储，每次握手协议成功后，进入下一层中间转发模块局部缓存中暂时存储，最后输入与所述叶子节点直接相连的转发器模块，并由转发器模块分别发布给与其相连的一组叶子节点。
6.如权利要求5所述的数据发布方法，其特征在于，包括：
如果下一时钟节拍数据发送方与数据接收方握手协议成功，则数据以流水方式进入数据接收方的局部缓存中存储；如果握手协议不成功，则数据在当前层的局部缓存中保存，且使得当前层作为上一层的数据接收方，并停止发送数据准备接收信号，使得当前层的局部缓存中的数据停止更新，数据一直保存在当前层，直到握手协议成功。
7.如权利要求4所述的数据发布方法，其特征在于，包括：
当所述中心节点将通信数据向所述多个叶子节点之间进行多播时，首先数据通过握手协议从所述中心节点进入与所述中心节点直接相连的所述转发器模块的局部缓存中暂时存储，每次握手协议成功后，进入下一层中间转发器模块局部缓存中暂时存储，最后输入与所述叶子节点直接相连的转发器模块，并由转发器模块分别发布给与其相连的一组叶子节点。
8.如权利要求7所述的数据发布方法，其特征在于，包括：
在接收数据时，所述叶子节点根据与其相对应的id标识选取预设带宽的数据。
9.一种包含如权利要求1所述数据发布装置的控制装置。
10.一种包含如权利要求9所述控制装置的智能芯片。
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