CN108234303A - 面向多地址共享数据路由包的双环结构片上网络路由方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向多地址共享数据路由包的双环结构片上网络路由方法，该方法用于对片上网络中的多地址共享数据路由包进行传输，以将每一路由包传输至对应的计算单元，多地址共享数据路由包至少包括一个目的地址，该方法在片上网络中构建一外环路由通路和一内环路由通路，外环路由通路主要用于传输距离目的地址较近的路由包，内环路由通路主要用于传输距离目的地址较远的数据包。每一路由器通过计算路由包的目的地址而判断是否需要拆分路由包以及将路由包在外环路由通路还是内环路由通路中传输。本发明与传统的星型单环片上网络结构仅有一个中心路由器的情况相比，能够明显提高中心区域传输带宽，从而能够提高多地址共享数据路由包的传输效率。
Description
技术领域
本发明涉及多核或众核结构下高通量片上网络的路由方法技术领域，具体而言，涉及一种面向多地址共享数据路由包的双环结构片上网络路由方法。
背景技术
随着科技的不断发展，包括科学计算等实际应用在内的高性能计算的数据规模不断扩增，导致传统单核处理器不能很好地适应大规模应用的需求，处理器厂商们开始尝试在单芯片上集成多个处理器核。同时，半导体工艺的不断进步，使得单芯片上可集成的处理器核越来越多，技术日益成熟，产品也由单核处理器，不断向多核处理器、众核处理器进行了发展，并取得良好效果，有助于进一步挖掘高性能计算执行过程中的并行性。
在单芯片多处理器核心结构中，片上网络以数据包为基础，通过通信节点，即路由器，对数据包进行路由调度，实现各计算单元之间的片上高速通信。然而单芯片上集成处理器核心数的持续增多，直接导致了处理器核之间互连模式的复杂化。并且对于诸多高性能计算等特定应用，各处理器核中需要同时运行的指令非常多，各计算节点之间交互频繁，极大考验了片上网络的性能。若网络延迟较大，会导致片上网络的通路堵塞，使得网络传输效率低下。而由于片上网络的效率将直接影响处理器的整体性能，因此片上网络结构及路由方法等设计质量成为了此类处理器性能的瓶颈。
另外，单芯片多处理器核心结构所传输的数据包，大多具有向不同目的地传递相同数据的特点。对于上述单芯片多处理器核心结构，片上网络中同时传递的数据包过多将直接导致通路拥堵，进而影响片上网络传输效率和性能。因此，目前该类结构中，通常将传统单目的地址格式数据包优化为多目的地共享数据格式，以减少片上网络同时需传输的信息量，缩小数据包传输平均延迟，进而提高多核/众核处理器吞吐量及性能。
对于面向多地址共享数据路由包的星型单环片上网络结构，该结构如附图1所示，0-15均为路由器。该结构的缺点在于：中心仅设置了一个路由器，若长距离路由包数量过多，则会导致许多路由包同时进入中心路由器，进而造成中心路由器的通路拥堵，降低了片上网络传输效率。
发明内容
本发明提供一种面向多地址共享数据路由包的双环结构片上网络路由方法，用于对片上网络中的多地址共享数据路由包进行传输。
为达到上述目的，本发明提供了一种面向多地址共享数据路由包的双环结构片上网络路由方法，该方法用于对片上网络中的多地址共享数据路由包进行传输，以将每一路由包传输至对应的计算单元，多地址共享数据路由包至少包括一个目的地址，其中，该片上网络中共有N1个计算单元，包括以下步骤：
S1：在片上网络中构建一外环路由通路和一内环路由通路，其中，外环路由通路包括N1个依次串接以构成闭环的路由器，内环路由通路包括N2个依次串接以构成闭环的路由器，其中，N1＞N2，外环路由通路中的路由器与N1个计算单元为一一对应，并且外环路由通路中的多个连续连接的路由器与内环路由通路中的同一个路由器连接；
S2：外环路由通路中的每一路由器持续接收多地址共享数据路由包，并检测其中的每一路由包对应的路由地址，确定是否存在路由包的目的地址与当前路由器的地址相同的路由包，若为是，则将该路由包拆分出来并将其发送至与当前路由器连接的计算单元；
S3：计算多地址共享数据路由包中每一路由包的目的地址与当前路由器之间的距离d，并根据距离确定每一路由包的传输方向，若均为同一传输方向，则进行步骤S5，若存在传输方向不一致的路由包，则进行步骤S4；
S4：按照传输方向向左和向右将多地址共享数据路由包拆分为向左向传输的多地址共享数据路由包和向右向传输的多地址共享数据路由包，之后进行步骤S5；
S5：计算多地址共享数据路由包中所有路由包对应的d的平均值并判断与第一阈值α之间的关系，若则进行步骤S6，若则进行步骤S7；
S6：将多地址共享数据路由包发送至与当前路由器相连接的内环路由通路中的路由器，之后进行步骤S9；
S7：判断是否每一路由包对应的d均小于α，若为是，则将该多地址共享数据路由包在外环路由通路中传输并进行步骤S9，若为否，进行步骤S8；
S8：检测每一路由包对应的d与第二阈值β之间的关系，其中α＜β，若每一路由包对应的d均小于β，则将该多地址共享数据路由包在外环路由通路中传输，若其中一个路由包对应的d大于或等于β，则将该多地址共享数据路由包拆分，将d大于或等于β的路由包拆分为在内环路由通路传输的路由包，将d小于β的路由包拆分为在外环路由通路传输的路由包，之后进行步骤S9；
S9：外环路由通路中的路由器按照上述步骤S2～S8分别对经过其传输的多地址共享数据路由包进行处理，
内环路由通路中的每一路由器检测多地址共享数据路由包中每一路由包的目的地址，若其中一个路由包的目的地址为与当前路由器直接连接的外环路由通路中的路由器，则将其拆分出来并将其发送至对应的计算单元。
在本发明的一实施例中，N1为16，N2为4，α为4，β为7。
在本发明的一实施例中，每一内环路由通路中的路由器连接相同个数的外环路由通路中的路由器。
在本发明的一实施例中，每一内环路由通路中的路由器连接一个以上外环路由通路中的路由器。
本发明提供的面向多地址共享数据路由包的双环结构片上网络路由方法设置了外环路由通路和内环路由通路，并且在内环设置了多个路由器，与传统的星型单环片上网络结构仅有一个中心路由器的情况相比，能够明显提高中心区域传输带宽，从而能够提高多地址共享数据路由包的传输效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为面向多地址共享数据路由包的星型单环片上网络结构的示意图；
图2为面向多地址共享数据路由包的双环结构片上网络的示意图；
图3为本发明第一实施例的示意图；
图4为本发明第一实施例的示意图；
图5为本发明第一实施例的示意图；
图6为本发明第一实施例的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下描述及图中，“PE”表示计算单元，“Router”表示路由器。
本发明提供了一种面向多地址共享数据路由包的双环结构片上网络路由方法，该方法用于对片上网络中的多地址共享数据路由包进行传输，以将每一路由包传输至对应的计算单元，多地址共享数据路由包至少包括一个目的地址，其中，该片上网络中共有N1个计算单元，图2为面向多地址共享数据路由包的双环结构片上网络的示意图，该方法包括以下步骤：
S1：在片上网络中构建一外环路由通路和一内环路由通路，其中，外环路由通路包括N1个依次串接以构成闭环的路由器，内环路由通路包括N2个依次串接以构成闭环的路由器，其中，N1＞N2，外环路由通路中的路由器与N1个计算单元为一一对应，并且外环路由通路中的多个连续连接的路由器与内环路由通路中的同一个路由器连接；
S2：外环路由通路中的每一路由器持续接收多地址共享数据路由包，并检测其中的每一路由包对应的路由地址，确定是否存在路由包的目的地址与当前路由器的地址相同的路由包，若为是，则将该路由包拆分出来并将其发送至与当前路由器连接的计算单元；
S3：计算多地址共享数据路由包中每一路由包的目的地址与当前路由器之间的距离d，并根据距离确定每一路由包的传输方向，若均为同一传输方向，则进行步骤S5，若存在传输方向不一致的路由包，则进行步骤S4；
S4：按照传输方向向左和向右将多地址共享数据路由包拆分为向左向传输的多地址共享数据路由包和向右向传输的多地址共享数据路由包，之后进行步骤S5；
S5：计算多地址共享数据路由包中所有路由包对应的d的平均值并判断与第一阈值α之间的关系，若则进行步骤S6，若则进行步骤S7；
S6：将多地址共享数据路由包发送至与当前路由器相连接的内环路由通路中的路由器，之后进行步骤S9；
S7：判断是否每一路由包对应的d均小于α，若为是，则将该多地址共享数据路由包在外环路由通路中传输并进行步骤S9，若为否，进行步骤S8；
S8：检测每一路由包对应的d与第二阈值β之间的关系，其中α＜β，若每一路由包对应的d均小于β，则将该多地址共享数据路由包在外环路由通路中传输，若其中一个路由包对应的d大于或等于β，则将该多地址共享数据路由包拆分，将d大于或等于β的路由包拆分为在内环路由通路传输的路由包，将d小于β的路由包拆分为在外环路由通路传输的路由包，之后进行步骤S9；
S9：外环路由通路中的路由器按照上述步骤S2～S8分别对经过其传输的多地址共享数据路由包进行处理，
内环路由通路中的每一路由器检测多地址共享数据路由包中每一路由包的目的地址，若其中一个路由包的目的地址为与当前路由器直接连接的外环路由通路中的路由器，则将其拆分出来并将其发送至对应的计算单元。
在本发明的一实施例中，每一内环路由通路中的路由器连接一个以上外环路由通路中的路由器，并且每一内环路由通路中的路由器连接的外环路由通路中的路由器的个数最佳为相等或差异越小越好。
以下各实施例以N1为16，N2为4，α为4，β为7为例，对本发明的方法进行说明。
第一实施例：
本实施例的特点为多地址共享数据路由包中包含目的地址方向不同的路由包。
如图3所示为本发明第一实施例的示意图，图中的“D”代表路由包中包含的数据等信息，下同。
步骤301：路由器0接收到与其相连的计算单元发送来的多地址共享数据路由包301，其中包含三个路由包，对应三个不同的目的地址，目的地址分别为路由器13、6和7，传输方向分别为左、右、右，由于传输方向存在差异，因此需要拆分，路由器0对多地址共享数据路由包301进行拆分，将目的地址为13的路由包打包为路由包302，将目的地址为6和7的路由包打包为路由包303；
步骤302：路由包302的目的地址只有一个，路由器0与这一个目的地址之间的距离为3，小于α，因此应将其在外环路由通路中传输，路由包302的目的地址有两个，路由器0与这两个目的地址之间的距离分别为6和7，平均距离为6.5，大于α，因此应将其在内环路由通路中传输；
步骤303：路由包302在外环路由通路中，依次经由路由器15、路由器14和路由器13，经过路由器13时，发现路由包302的目的地址与路由器13相匹配，因此，路由器13将路由包302发送至与其相连的计算单元；
步骤304：路由包303在内环路由通路中，依次经由路由器16、路由器17，经由路由器17时，发现路由包303内部的两个路由包的目的地址均为与路由器17直接连接的外环路由器中的路由器(分别为路由器6和7)，因此，路由器17将路由包303拆分为路由包304和路由包305；
步骤305：路由包304和路由包305分别被发送至路由器6和路由器7，路由器6将路由包304发送至与其相连的计算单元，路由器7将路由包305发送至与其相连的计算单元。至此，本实施例完成路由包传输过程。
第二实施例：
本实施例的特点为在内环路由通路中传输的多地址共享数据路由包中带有一个传输距离较短的路由包。
如图4所示为本发明第二实施例的示意图。
步骤401：路由器0接收到与其相连的计算单元发送来的多地址共享数据路由包401，其中包含三个路由包，对应三个不同的目的地址，目的地址分别为路由器3、6和8，传输方向均为向右，由于传输方向相同，因此目前暂不需要拆分；
步骤402：多地址共享数据路由包401中的三个路由包与目的地址之间的距离分别为3、6和8，平均距离为5.7，大于α，因此应将多地址共享数据路由包401在内环路由通路中传输；
步骤403：路由器0将多地址共享数据路由包401发送至路由器16，路由器16发现存在目的地址为与路由器16直接相连的外环路由通路中的路由器(路由器3)的路由包，即路由器3与路由器16直接相连并且多地址共享数据路由包401中的一个路由包的目的地址就是路由器3，因此，路由器16将目的地址为3的路由包拆分为路由包402以及将目的地址为6和8的路由包打包成路由包403，路由器16分别将路由包402和路由包403发送至路由器3和路由器17；
步骤404：路由器3收到路由包402后将其发送至与其相连的计算单元，路由器17收到路由包403后，发现其中的一个路由包目的地址为与路由器17直接连接的外环路由器中的路由器(路由器6)，因此，路由器17进一步将路由包403拆分为路由包404和路由包405并将其分别发送至路由器6和路由器18；
步骤405：路由器6接收到路由包404后进一步将其发送至与其相连的计算单元，路由器18接收到路由包405后，发现其目的地址为与路由器18直接连接的外环路由器中的路由器(路由器8)，因此，路由器18将路由包405发送至路由器8，路由器8再将路由包405发送至与其相连的计算单元。至此，本实施例完成路由包传输过程。
第三实施例：
本实施例的特点为在外环路由通路中传输的多地址共享数据路由包中带有一个传输距离较长的路由包。
如图5所示为本发明第三实施例的示意图。
步骤501：路由器0接收到与其相连的计算单元发送来的多地址共享数据路由包501，其中包含三个路由包，对应三个不同的目的地址，目的地址分别为路由器1、3和5，传输方向均为向右，由于传输方向相同，因此目前暂不需要拆分；
步骤502：多地址共享数据路由包501中的三个路由包与目的地址之间的距离分别为1、3和5，平均距离为3，小于α，并且由于并非每一路由包对应的d都小于α，此时进一步判断每一路由包对应的d与β的关系，由于每一路由包对应的d(1、3和5)均小于β，因此，将该多地址共享数据路由包501在外环路由通路中传输，无需拆分；
步骤503：路由器0将多地址共享数据路由包501发送至路由器1，路由器1发现多地址共享数据路由包501中有目的地址与路由器1匹配的数据包，因此，路由器1将多地址共享数据路由包501拆分为路由包502和路由包503，并将路由包502发送至与其相连的计算单元，路由包503继续传输至路由器2；
步骤504：路由包503经由路由器2传输至路由器3，路由器3发现路由包503中有目的地址与路由器3匹配的数据包，路由器3将路由包503拆分为路由包504和路由包505，并将路由包504发送至路由器3，路由包505继续传输至路由器4，路由器3将路由包504发送至与其相连的计算单元；
步骤505：路由包505经由路由器4传输至路由器5，路由器5发现路由包505的目的地址与其匹配，因此，路由器5将路由包505发送至与其相连的计算单元。至此，本实施例完成路由包传输过程。
第四实施例：
本实施例的特点为多地址共享数据路由包仅包含一个距离目的地址较远的路由包。
如图6所示为本发明第四实施例的示意图。
步骤601：路由器0接收到与其相连的计算单元发送来的多地址共享数据路由包601，其中包含三个路由包，对应三个不同的目的地址，目的地址分别为路由器1、3和8，传输方向均为向右，由于传输方向相同，因此暂不需要拆分；
步骤602：多地址共享数据路由包601中的三个路由包与目的地址之间的距离分别为1、3和8，平均距离为4，等于α，并且由于1和3小于4，而8大于4，此时进一步判断每一路由包对应的d与β的关系，由于1和3小于β，而8大于β，因此，将该多地址共享数据路由包601拆分为路由包602和路由包603，并将路由包602(只包含d为8的路由包)在内环路由通路中传输，路由包603(包含d为1、3的路由包)在外环路由通路中传输；
步骤603：路由包602经由路由器16、路由器17后到达路由器18，路由器18发现路由包602的目的地址为与路由器18直接连接的外环路由通路中的路由器(路由器8)，因此，路由器18将路由包602发送至路由器8，路由包603传输至路由器1，路由器1发现路由包603中有目的地址与路由器1匹配的数据包，因此，路由器1将路由包603拆分为路由包604(只包含d为1的路由包)和路由包605(只包含d为3的路由包)，路由器1将路由包604发送至与其相连的计算单元，路由包605继续传输至路由器2；
步骤604：路由包605经由路由器2传输至路由器3，路由器3发现路由包605的目的地址与其匹配，因此，路由器3将路由包605传输至与其相连的计算单元。至此，本实施例完成路由包传输过程。
由以上各具体实施例可以看出，本发明能够对各种情况下的多地址共享数据路由包进行快速判断以及传输，并能够最大化减少传输经过的路由器的个数，进而提高传输效率。
本发明提供的面向多地址共享数据路由包的双环结构片上网络路由方法设置了外环路由通路和内环路由通路，并且在内环设置了多个路由器，与传统的星型单环片上网络结构仅有一个中心路由器的情况相比，能够明显提高中心区域传输带宽，从而能够提高多地址共享数据路由包的传输效率。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种面向多地址共享数据路由包的双环结构片上网络路由方法，该方法用于对片上网络中的多地址共享数据路由包进行传输，以将每一路由包传输至对应的计算单元，多地址共享数据路由包至少包括一个目的地址，其中，该片上网络中共有N1个计算单元，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在片上网络中构建一外环路由通路和一内环路由通路，其中，外环路由通路包括N1个依次串接以构成闭环的路由器，内环路由通路包括N2个依次串接以构成闭环的路由器，其中，N1＞N2，外环路由通路中的路由器与N1个计算单元为一一对应，并且外环路由通路中的多个连续连接的路由器与内环路由通路中的同一个路由器连接；
S2：外环路由通路中的每一路由器持续接收多地址共享数据路由包，并检测其中的每一路由包对应的路由地址，确定是否存在路由包的目的地址与当前路由器的地址相同的路由包，若为是，则将该路由包拆分出来并将其发送至与当前路由器连接的计算单元；
S3：计算多地址共享数据路由包中每一路由包的目的地址与当前路由器之间的距离d，并根据距离确定每一路由包的传输方向，若均为同一传输方向，则进行步骤S5，若存在传输方向不一致的路由包，则进行步骤S4；
S4：按照传输方向向左和向右将多地址共享数据路由包拆分为向左向传输的多地址共享数据路由包和向右向传输的多地址共享数据路由包，之后进行步骤S5；
S5：计算多地址共享数据路由包中所有路由包对应的d的平均值并判断与第一阈值α之间的关系，若则进行步骤S6，若则进行步骤S7；
S6：将多地址共享数据路由包发送至与当前路由器相连接的内环路由通路中的路由器，之后进行步骤S9；
S7：判断是否每一路由包对应的d均小于α，若为是，则将该多地址共享数据路由包在外环路由通路中传输并进行步骤S9，若为否，进行步骤S8；
S8：检测每一路由包对应的d与第二阈值β之间的关系，其中α＜β，若每一路由包对应的d均小于β，则将该多地址共享数据路由包在外环路由通路中传输，若其中一个路由包对应的d大于或等于β，则将该多地址共享数据路由包拆分，将d大于或等于β的路由包拆分为在内环路由通路传输的路由包，将d小于β的路由包拆分为在外环路由通路传输的路由包，之后进行步骤S9；
S9：外环路由通路中的路由器按照上述步骤S2～S8分别对经过其传输的多地址共享数据路由包进行处理，
内环路由通路中的每一路由器检测多地址共享数据路由包中每一路由包的目的地址，若其中一个路由包的目的地址为与当前路由器直接连接的外环路由通路中的路由器，则将其拆分出来并将其发送至对应的计算单元。
2.根据权利要求1所述的面向多地址共享数据路由包的双环结构片上网络路由方法，其特征在于，N1为16，N2为4，α为4，β为7。
3.根据权利要求1所述的面向多地址共享数据路由包的双环结构片上网络路由方法，其特征在于，每一内环路由通路中的路由器连接相同个数的外环路由通路中的路由器。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的面向多地址共享数据路由包的双环结构片上网络路由方法，其特征在于，每一内环路由通路中的路由器连接一个以上外环路由通路中的路由器。
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Denomination of invention: Dual ring network on chip routing method for multi address shared data routing packet Effective date of registration: 20210811 Granted publication date: 20201009 Pledgee: Zhongxin Suzhou Industrial Park Venture Capital Co.,Ltd. Pledgor: Beijing Zhongke Ruixin Technology Group Co.,Ltd. Registration number: Y2021990000709 |
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