CN109150731B - 基于卷积神经网络的多播包连接电路及其路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于卷积神经网络的多播包连接电路及其路由方法，其特征是，多播包连接电路支持多行节点数据传输，扩大传输节点数量；多播包连接电路由输入单元、优先级控制器、地址解码器、仲裁器、输出单元和交叉开关组成，其中输入单元有五个端口：东、南、西、北和本地，输出单元有六个端口：东、南、西、北、本地1和本地2。本发明优化和改善了包连接电路及其路由方法，对不同行的数据可以同时传输，从而提高数据的传输效率，同时它产生两个用于输入传输的数据流，在建立链路后执行数据传输，能避免死锁和拥塞。

Description

基于卷积神经网络的多播包连接电路及其路由方法

技术领域

本发明属于集成电路片上网络的通信技术领域，尤其涉及一种应用于卷积神经网络的多播包连接电路片上网络路由器及其路由方法。

背景技术

卷积神经网络是根据指令对输入特征图数据和权重数据进行几亿乃至几百亿次乘累加计算以达到识别效果，这就需要高并行度、高扩展性以及高灵活性的设计方法。目前片上网络以其高并行度和高扩展性而被广泛应用于卷积神经网络中。随着片上网络中节点的上升，路由所占用的资源消耗会随之上升。对于传统的包连接电路，仅含有连线和寄存器，资源消耗小。但传统的包连接电路设计仅考虑一个通道通信模式，数据传输效率不高。在片上网络上实现多个源节点向多个目的节点的多通道通信传输的高效率成为卷积神经网络硬件设计中一项越来越重要的通信需求。

目前有很多种多播路由方法，其中，基于卷积神经网络的多播包连接电路路由方法，方法采用两种传输模式，单播计算结果输出传输模式，即当前节点向上相邻节点发送卷积神经网络的计算结果，为点对点单播发送；多播双路径输入传输模式包含从东到西的东通道与从西到东的西通道，东、西通道可以任意打通，即东西通道可以随意打通任意行计算单元。在体微片采用再判断机制，在体微片中增加目的地址，根据体微片中的目的地址是否与当前节点地址一致进行判断，从而实现东西通道链路建立后依然可以进行权重单播发送和输入特征图多播传输，将卷积中的权重数据传输隐藏于神经网络计算中，降低通讯时间，提高芯片速度。

为了降低数据通道建立时间，在同一层操作时不发送尾微片，即保留通道一直打通状态，为了降低维持链路的功耗，数据不发送时，一直保持输入数据为0，减少翻转数量。当整个卷积神经网络计算完成发送尾微片，则取消链路。

但是该算法为了避免一份阻塞情况，规定东西通道不能对同一行节点进行操作。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种应用于卷积神经网络的多播包连接电路及其路由方法，以期能直接通过Y寻址建立链路，从而支持多行节点数据传输，扩大传输节点数量，提高卷积神经网络计算并行度，同时在多行数据传输前提下，设计东西多播传输路径，实现多播双通道行传输，进而能有效提高卷积神经网络传输效率。

本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：

本发明一种基于卷积神经网络的多播包连接电路，所述多播包连接电路是应用于N×M的二维网络中，N为所述二维网络的行数，M为二维网络的列数，其中N、M为大于等于2的正整数；所述二维网络包含N×M个多播包连接电路并相应作为N×M个路由节点；所述多播包连接电路是由输入单元、优先级控制器、地址解码器、仲裁器、输出单元和交叉开关组成，且包含六个传输方向；其特点是，

所述输入单元中的五个输入模块均包括单多播选择模块、多播通道选择模块和地址选择器；所述地址解码器包括输入端口选择模块、路由方向选择模块和目的节点确定模块；所述仲裁器包括本地2仲裁模块；所述输出单元是由东输出模块、西输出模块、南输出模块、北输出模块、本地1输出模块和本地2输出模块组成；所述交叉开关包括本地2数据传输模块；

当前路由节点的输入单元接收到上一路由节点的数据包的微片时，对所接收到的当前微片进行判断并将所述当前微片传输至所述交叉开关；

若所接收到的当前微片为头微片，则根据所述头微片建立链路并产生链路建立信号，再根据所述链路建立信号产生所述输入单元中相应输入模块的请求信号并传输给优先级控制器；所述输入单元中的多播通道选择模块根据所述头微片产生东西选择信号，并将所述东西选择信号传输至地址解码器；同时输入单元中的单多播选择模块产生单多播选择信号并传输给地址解码器和地址选择器；所述输入单元的地址选择器根据所接收到的所述单多播选择信号判断头微片为单播头微片还是多播头微片，若为单播头微片，则所述输入单元的地址选择器根据头微片的目的节点地址(X,Y)产生地址信号并传输给地址解码器，若为多播头微片，则所述输入单元的地址选择器根据头微片的目的节点地址的纵坐标Y产生地址信号并传输给地址解码器，其中X为目的节点地址的横坐标，Y为目的节点地址的纵坐标；

若所接收到的当前微片为体微片，则直接利用所建立的链路经过所述交叉开关将所述体微片传输至所述输出单元；

若所接收到的当前微片为尾微片，则直接利用所建立的链路经过所述交叉开关将所述尾微片传输至所述输出单元，同时将所建立的链路撤销；

所述当前路由节点的优先级控制器根据所接收的五个输入模块的请求信号进行优先级判断，产生输入模块选择信号并发送至所述地址解码器；

所述当前路由节点的地址解码器的输入端口选择模块根据所接收到的输入模块选择信号，接收相应输入模块的单多播选择信号、东西选择信号和地址信号，并将所接收的单多播选择信号传输至所述目的节点确定模块和所述路由方向选择模块，将东西选择信号和地址信号传输至所述目的节点确定模块，同时将接收到的输入模块选择信号传输至所述仲裁器；

所述目的节点确定模块根据所述单多播选择信号判断所述当前头微片是单播头微片还是多播头微片，若为单播头微片，则将所述目的节点地址(X,Y)赋予当前判断地址(x,y)并传输给所述路由方向选择模块；若为多播头微片，则根据接收到的东西选择信号判断所述当前多播头微片是东方向头微片还是西方向头微片，若为东方向头微片，则将所述目的节点地址的纵坐标Y赋予所述当前判断地址的纵坐标y并传输给所述路由方向选择模块，同时将所述当前判断地址的横坐标x置为0并传输给所述路由方向选择模块；若为西方向头微片，则将所述目的节点地址的纵坐标Y赋予所述当前判断地址的纵坐标y并传输给所述路由方向选择模块，同时将所述当前判断地址的横坐标x置为M-1并传输给所述路由方向选择模块；

所述路由方向选择模块根据接收到所述当前判断地址(x,y)和所述单多播选择信号，将所述当前判断地址的纵坐标y与当前路由节点的纵坐标y'进行比较，若y'<y，则产生南方向传输信号并传输至所述仲裁器；若y'>y，则产生北方向传输信号并传输至所述仲裁器；若y'＝y，则根据所述单多播选择信号判断是单播头微片还是多播头微片，若为多播头微片，则产生本地1方向传输信号并传输至所述仲裁器，同时将所述当前判断地址的横坐标x与当前路由节点的横坐标x'进行比较，若x'<x，则产生东方向传输信号并传输至所述仲裁器；若x'>x，则产生西方向传输信号并传输至所述仲裁器；若为单播头微片，则将所述当前判断地址的横坐标x与当前路由节点的横坐标x'进行比较，若x'<x，则产生东方向传输信号并传输至所述仲裁器；若x'>x，则产生西方向传输信号并传输至所述仲裁器；若x'＝x，则产生本地2方向传输信号并传输至所述仲裁器；

所述仲裁器根据所接收到的输入模块选择信号和相应方向传输信号，利用所述仲裁器的固定的优先级顺序产生输入输出连接信号并传输至所述交叉开关，以及产生输出通道占用信号并传输至所述相应输出模块；

所述交叉开关根据所接收到输入输出连接信号，将所接收到的输入单元的当前微片传输至所述输出单元对应的输出模块；

所述输出单元中相应的输出模块根据所接收到所述输出通道占用信号选择所相应的输出模块，若所选择的输出模块为东输出模块或西输出模块，则将所接收到的当前微片传输至东输出模块或西输出模块；所述东输出模块或西输出模块判断所述当前微片为头微片还是体微片或尾微片；若当前微片为头微片，则判断当前头微片为多播头微片还是单播头微片，若为多播头微片，则将头微片中剩余的目的节点地址的纵坐标全部置为0，并将头微片传输至下一路由节点，若为单播头微片，则直接将所述当前头微片的传输至下一路由节点；若为体微片或尾微片，则直接将所述当前微片的传输至下一路由节点；

若所选择的输出模块为南输出模块，则将所接收到的当前微片传输至南输出模块；所述南输出模块判断所述当前微片为头微片还是体微片或尾微片；若当前微片为头微片，则判断当前头微片为多播头微片还是单播头微片，若为多播头微片，继续判断当前理由节点的纵坐标y'是否为目的节点地址的纵坐标Y，若是，则将头微片中下一目的节点地址的纵坐标替换当前目的节点地址的纵坐标，并将头微片传输至下一路由节点，若否，则直接将头微片传输至下一路由节点；若为单播头微片，则直接将当前头微片传输至下一路由节点；若为体微片或尾微片，则直接将所述当前微片的传输至下一路由节点；

若所选择的输出模块为北输出模块、本地1输出模块或本地2输出模块，则将所接收到的当前微片传输至北输出模块、本地1输出模块或本地2输出模块，并由所述北输出模块、本地1输出模块或本地2输出模块直接将所述当前微片的传输至下一路由节点。

本发明一种基于卷积神经网络的多播包连接电路的路由方法，是应用于N×M的二维网络中，N为所述二维网络的行数，M为二维网络的列数，其中N、M为大于等于2的正整数；所述二维网络包含N×M个多播包连接电路并相应作为N×M个路由节点；所述多播包连接电路是由输入单元、优先级控制器、地址解码器、仲裁器、输出单元和交叉开关组成，且包含六个传输方向；其特点是，所述路由方法是按如下步骤进行：

步骤1、以任意一个多播包连接电路为当前路由节点并通过自身的输入单元接收到上一路由节点的数据包的微片时，对所接收到的当前微片进行判断并将所述当前微片传输至所述交叉开关；

步骤1.1、若所接收到的当前微片为头微片，则根据所述头微片建立链路并产生链路建立信号，再根据所述链路建立信号产生所述输入单元中相应输入模块的请求信号并传输给优先级控制器；

步骤1.2、所述输入单元根据所述头微片产生东西选择信号，并将所述东西选择信号传输至地址解码器；同时所述输入单元产生单多播选择信号并传输给地址解码器；

步骤1.3、所述输入单元根据单多播选择信号判断头微片为单播头微片还是多播头微片，若为单播头微片，则所述输入单元根据头微片的目的节点地址(X,Y)产生地址信号并传输给地址解码器，若为多播头微片，则所述输入单元根据头微片的目的节点地址的纵坐标Y产生地址信号并传输给地址解码器，其中X为目的节点地址的横坐标，Y为目的节点地址的纵坐标；

步骤1.4、若所接收到的当前微片为体微片，则直接利用所建立的链路经过所述交叉开关将所述体微片传输至所述输出单元；

步骤1.5、若所接收到的当前微片为尾微片，则直接利用所建立的链路经过所述交叉开关将所述尾微片传输至所述输出单元，同时将所建立的链路撤销；

步骤2、所述当前路由节点的优先级控制器根据所接收的五个输入模块的请求信号进行优先级判断，产生输入模块选择信号并发送至所述地址解码器；

步骤3、所述当前路由节点的地址解码器根据所接收到的输入模块选择信号，接收相应输入模块的单多播选择信号、东西选择信号和地址信号，将接收到的输入模块选择信号传输至所述仲裁器；

步骤4、所述当前路由节点的地址解码器根据所述单多播选择信号判断所述当前头微片是单播头微片还是多播头微片，若为单播头微片，则将所述目的节点地址(X,Y)赋予当前判断地址(x,y)；若为多播头微片，则根据接收到的东西选择信号判断所述当前多播头微片是东方向头微片还是西方向头微片，若为东方向头微片，则将所述目的节点地址的纵坐标Y赋予所述当前判断地址的纵坐标y，同时将所述当前判断地址的横坐标x置为0；若为西方向头微片，则将所述目的节点地址的纵坐标Y赋予所述当前判断地址的纵坐标y，同时将所述当前判断地址的横坐标x置为M-1；

步骤5、所述当前路由节点的地址解码器根据所述当前判断地址(x,y)和所述单多播选择信号，将所述当前判断地址的纵坐标y与当前路由节点的纵坐标y'进行比较，若y'<y，则产生南方向传输信号并传输至所述仲裁器；若y'>y，则产生北方向传输信号并传输至所述仲裁器；若y'＝y，则根据所述单多播选择信号判断是单播头微片还是多播头微片，若为多播头微片，则产生本地1方向传输信号并传输至所述仲裁器，此时本地1方向只与y值有关；同时将所述当前判断地址的横坐标x与当前路由节点的横坐标x'进行比较，若x'<x，则产生东方向传输信号并传输至所述仲裁器；若x'>x，则产生西方向传输信号并传输至所述仲裁器；若为单播头微片，则将所述当前判断地址的横坐标x与当前路由节点的横坐标x'进行比较，若x'<x，则产生东方向传输信号并传输至所述仲裁器；若x'>x，则产生西方向传输信号并传输至所述仲裁器；若x'＝x，则产生本地2方向传输信号并传输至所述仲裁器；

步骤6、所述仲裁器根据所接收到的输入模块选择信号和相应方向传输信号，利用所述仲裁器的固定的优先级顺序产生输入输出连接信号并传输至所述交叉开关，以及产生输出通道占用信号并传输至所述相应输出模块；

步骤7、所述交叉开关根据所接收到输入输出连接信号，将所接收到的输入单元的当前微片传输至所述输出单元对应的输出模块；

步骤8、所述输出单元中相应的输出模块根据所接收到所述输出通道占用信号选择所相应的输出模块，若所选择的输出模块为东输出模块或西输出模块，则将所接收到的当前微片传输至东输出模块或西输出模块，并执行步骤9；若所选择的输出模块为南输出模块，则将所接收到的当前微片传输至南输出模块，并执行步骤10；若所选择的输出模块为北输出模块、本地1输出模块或本地2输出模块，则将所接收到的当前微片传输至北输出模块、本地1输出模块或本地2输出模块，并由所述北输出模块、本地1输出模块或本地2输出模块直接将所述当前微片的传输至下一路由节点；

步骤9、所述东输出模块或西输出模块判断所述当前微片为头微片还是体微片或尾微片；若当前微片为头微片，则判断当前头微片为多播头微片还是单播头微片，若为多播头微片，则将头微片中剩余的目的节点地址的纵坐标全部置为0，并将头微片传输至下一路由节点，若为单播头微片，则直接将所述当前头微片的传输至下一路由节点；若为体微片或尾微片，则直接将所述当前微片的传输至下一路由节点；

步骤10、所述南输出模块判断所述当前微片为头微片还是体微片或尾微片；若当前微片为头微片，则判断当前头微片为多播头微片还是单播头微片，若为多播头微片，继续判断当前理由节点的纵坐标y'是否为目的节点地址的纵坐标Y，若是，则将头微片中下一目的节点地址的纵坐标替换当前目的节点地址的纵坐标，并将头微片传输至下一路由节点，若否，则直接将头微片传输至下一路由节点；若为单播头微片，则直接将当前头微片传输至下一路由节点；若为体微片或尾微片，则直接将所述当前微片的传输至下一路由节点。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果体现在：

1、本发明通过将二维网络分行，一种是由西通道可以打开的行，一种是由东通道可以打开的行，通过Y寻址建立链路，从而支持多行节点数据传输，根据头微片信息将数据包传输分成了单播数据包传输，多播西通道数据包传输和多播东通道数据包传输；单播数据包传输时，为点对点单播发送。多播西(东)通道传输时，建立了从西向东(从东向西)的链路，从西向东(从东向西)传输数据，若为目的节点，则将地址保存到本地；从而解决了包连接电路路由算法中必须由一个源节点传输的问题，通过多播包连接电路路由算法实现了数据包可以通过多个源节点进行数据传输，实现了多行节点数据传输；该方法提高了卷积神经网络传输的速度和计算的并行度，进而缩短了传输时间，缩短硬件运行时间。

2、本发明应用于卷积神经网络，由于输入数据包含：输入特征图、权重数据、指令，在体微片采用再判断机制，在体微片中设置目的地址，根据该目的地址是否与当前节点地址一致进行判断，从而实现了东西通道链路建立后可以进行权重单播发送与输入数据多播发送。在同一层操作时不发送尾微片，即保留了通道一直打通状态，从而降低了数据通道建立时间。

3、本发明的多播双路径输入传输包含从西到东的西通道与从东到西的东通道，东西通道可以任意打通，即东西通道可以随意打通任意行计算单元，东西通道不能对同一行节点进行操作，而且避免了网络拥塞情况，降低了延时。也可以传输单播，当一列节点均通过单播向上节点建立链路，当链路建立完成时，可以看成拥有向上的传输通道，从而不会与东西两条通道产生阻塞与死锁问题。该方法将输出结果传输隐藏于计算中，同时实现了输入和输出通道的分离，提高了传输速度。

附图说明

图1为现有技术中12×16规模的网络结构图；

图2为本发明多播包连接电路片上网络路由器电路结构图；

图3为本发明多播包连接电路片上网络路由器的输入单元电路结构图；

图4为本发明多播包连接电路片上网络路由器的地址译码器电路结构图；

图5为本发明多播包连接电路片上网络路由器的输出单元电路结构图；

图6为本发明多播包连接电路片上网络路由器的交叉开关电路结构图；

图7为本发明与包连接电路建立时间比较图；

图8为本发明与包连接电路发包时间比较图。

具体实施方式

本实施例中，数据包的格式如表1所示，每个多播数据包头微片包含微片类型标志、数据包类型标志、微片种类标识、目的节点编号、源节点编号；

表1网络数据包格式

采用的多播包连接电路是应用于12×16的二维网络中，如图1所示；二维网络包含12×16个多播包连接电路并相应作为12×16个路由节点；多播包连接电路是由输入单元、优先级控制器、地址解码器、仲裁器、输出单元和交叉开关组成，且包含六个传输方向，如图2所示；

本实施例中，输入单元中的五个输入模块均包括状态控制模块、单多播选择模块、多播通道选择模块和地址选择器，如图3所示；地址解码器包括输入端口选择模块、路由方向选择模块和目的节点确定模块，如图4所示；仲裁器由东仲裁模块、西仲裁模块、南仲裁模块、北仲裁模块、本地1仲裁模块和本地2仲裁模块；输出单元是由东输出模块、西输出模块、南输出模块、北输出模块、本地1输出模块和本地2输出模块组成，如图5所示；交叉开关由东数据传输模块、西数据传输模块、南数据传输模块、北数据传输模块、本地1数据传输模块和本地2数据传输模块，如图6所示；

当前路由节点的输入单元接收到上一路由节点的数据包的微片时，对所接收到的当前微片进行判断并将当前微片传输至交叉开关；

若所接收到的当前微片为头微片，则根据头微片建立链路并产生链路建立信号，再根据链路建立信号产生输入单元中相应输入模块的请求信号并传输给优先级控制器；输入单元中的多播通道选择模块根据头微片产生东西选择信号，并将东西选择信号传输至地址解码器；同时输入单元中的单多播选择模块产生单多播选择信号并传输给地址解码器和地址选择器；输入单元的地址选择器根据所接收到的单多播选择信号判断头微片为单播头微片还是多播头微片，若为单播头微片，则输入单元的地址选择器根据头微片的目的节点地址(X,Y)产生地址信号并传输给地址解码器，若为多播头微片，则输入单元的地址选择器根据头微片的目的节点地址的纵坐标Y产生地址信号并传输给地址解码器，其中X为目的节点地址的横坐标，Y为目的节点地址的纵坐标；

若所接收到的当前微片为体微片，则直接利用所建立的链路经过交叉开关将体微片传输至输出单元；

若所接收到的当前微片为尾微片，则直接利用所建立的链路经过交叉开关将尾微片传输至输出单元，同时将所建立的链路撤销；

当前路由节点的优先级控制器根据所接收的五个输入模块的请求信号进行优先级判断，产生输入模块选择信号并发送至地址解码器；

当前路由节点的地址解码器的输入端口选择模块根据所接收到的输入模块选择信号，接收相应输入模块的单多播选择信号、东西选择信号和地址信号，并将所接收的单多播选择信号传输至目的节点确定模块和路由方向选择模块，将东西选择信号和地址信号传输至目的节点确定模块，同时将接收到的输入模块选择信号传输至仲裁器；

目的节点确定模块根据单多播选择信号判断当前头微片是单播头微片还是多播头微片，若为单播头微片，则将目的节点地址(X,Y)赋予当前判断地址(x,y)并传输给路由方向选择模块；若为多播头微片，则根据接收到的东西选择信号判断当前多播头微片是东方向头微片还是西方向头微片，若为东方向头微片，则将目的节点地址的纵坐标Y赋予当前判断地址的纵坐标y并传输给路由方向选择模块，同时将当前判断地址的横坐标x置为0并传输给路由方向选择模块；若为西方向头微片，则将目的节点地址的纵坐标Y赋予当前判断地址的纵坐标y并传输给路由方向选择模块，同时将当前判断地址的横坐标x置为15并传输给路由方向选择模块；

路由方向选择模块根据接收到当前判断地址(x,y)和单多播选择信号，将当前判断地址的纵坐标y与当前路由节点的纵坐标y'进行比较，若y'<y，则产生南方向传输信号并传输至仲裁器；若y'>y，则产生北方向传输信号并传输至仲裁器；若y'＝y，则根据单多播选择信号判断是单播头微片还是多播头微片，若为多播头微片，则产生本地1方向传输信号并传输至仲裁器，同时将当前判断地址的横坐标x与当前路由节点的横坐标x'进行比较，若x'<x，则产生东方向传输信号并传输至仲裁器；若x'>x，则产生西方向传输信号并传输至仲裁器；若为单播头微片，则将当前判断地址的横坐标x与当前路由节点的横坐标x'进行比较，若x'<x，则产生东方向传输信号并传输至仲裁器；若x'>x，则产生西方向传输信号并传输至仲裁器；若x'＝x，则产生本地2方向传输信号并传输至仲裁器；

仲裁器根据所接收到的输入模块选择信号和相应方向传输信号，利用仲裁器的固定的优先级顺序产生输入输出连接信号并传输至交叉开关，以及产生输出通道占用信号并传输至相应输出模块；

交叉开关根据所接收到输入输出连接信号，将所接收到的输入单元的当前微片传输至输出单元对应的输出模块；

输出单元中相应的输出模块根据所接收到输出通道占用信号选择所相应的输出模块，若所选择的输出模块为东输出模块或西输出模块，则将所接收到的当前微片传输至东输出模块或西输出模块；东输出模块或西输出模块判断当前微片为头微片还是体微片或尾微片；若当前微片为头微片，则判断当前头微片为多播头微片还是单播头微片，若为多播头微片，则将头微片中剩余的目的节点地址的纵坐标全部置为0，并将头微片传输至下一路由节点，若为单播头微片，则直接将当前头微片的传输至下一路由节点；若为体微片或尾微片，则直接将当前微片的传输至下一路由节点；

若所选择的输出模块为南输出模块，则将所接收到的当前微片传输至南输出模块；南输出模块判断当前微片为头微片还是体微片或尾微片；若当前微片为头微片，则判断当前头微片为多播头微片还是单播头微片，若为多播头微片，继续判断当前理由节点的纵坐标y'是否为目的节点地址的纵坐标Y，若是，则将头微片中下一目的节点地址的纵坐标替换当前目的节点地址的纵坐标，并将头微片传输至下一路由节点，若否，则直接将头微片传输至下一路由节点；若为单播头微片，则直接将当前头微片传输至下一路由节点；若为体微片或尾微片，则直接将当前微片的传输至下一路由节点；

若所选择的输出模块为北输出模块、本地1输出模块或本地2输出模块，则将所接收到的当前微片传输至北输出模块、本地1输出模块或本地2输出模块，并由北输出模块、本地1输出模块或本地2输出模块直接将当前微片的传输至下一路由节点。

本实施例中，一种基于卷积神经网络的多播包连接电路的路由方法，是应用于12×16的二维网络中；所述二维网络包含12×16个多播包连接电路并相应作为12×16个路由节点；多播包连接电路是由输入单元、优先级控制器、地址解码器、仲裁器、输出单元和交叉开关组成，且包含六个传输方向；该路由方法是按如下步骤进行：

步骤1、以任意一个多播包连接电路为当前路由节点并通过自身的输入单元接收到上一路由节点的数据包的微片时，对所接收到的当前微片进行判断并将当前微片传输至交叉开关；

步骤1.1、若所接收到的当前微片为头微片，则根据头微片建立链路并产生链路建立信号，再根据链路建立信号产生输入单元中相应输入模块的请求信号并传输给优先级控制器；

步骤1.2、输入单元根据头微片产生东西选择信号，并将东西选择信号传输至地址解码器；同时输入单元产生单多播选择信号并传输给地址解码器；

步骤1.3、输入单元根据单多播选择信号判断头微片为单播头微片还是多播头微片，若为单播头微片，则输入单元根据头微片的目的节点地址(X,Y)产生地址信号并传输给地址解码器，若为多播头微片，则输入单元根据头微片的目的节点地址的纵坐标Y产生地址信号并传输给地址解码器，其中X为目的节点地址的横坐标，Y为目的节点地址的纵坐标；

步骤1.4、若所接收到的当前微片为体微片，则直接利用所建立的链路经过交叉开关将所述体微片传输至输出单元；

步骤1.5、若所接收到的当前微片为尾微片，则直接利用所建立的链路经过交叉开关将尾微片传输至输出单元，同时将所建立的链路撤销；

步骤2、当前路由节点的优先级控制器根据所接收的五个输入模块的请求信号进行优先级判断，产生输入模块选择信号并发送至地址解码器；

步骤3、当前路由节点的地址解码器根据所接收到的输入模块选择信号，接收相应输入模块的单多播选择信号、东西选择信号和地址信号，将接收到的输入模块选择信号传输至仲裁器；

步骤4、当前路由节点的地址解码器根据单多播选择信号判断当前头微片是单播头微片还是多播头微片，若为单播头微片，则将目的节点地址(X,Y)赋予当前判断地址(x,y)；若为多播头微片，则根据接收到的东西选择信号判断当前多播头微片是东方向头微片还是西方向头微片，若为东方向头微片，则将目的节点地址的纵坐标Y赋予当前判断地址的纵坐标y，同时将当前判断地址的横坐标x置为0；若为西方向头微片，则将目的节点地址的纵坐标Y赋予当前判断地址的纵坐标y，同时将当前判断地址的横坐标x置为15；

步骤5、当前路由节点的地址解码器根据当前判断地址(x,y)和单多播选择信号，将当前判断地址的纵坐标y与当前路由节点的纵坐标y'进行比较，若y'<y，则产生南方向传输信号并传输至仲裁器；若y'>y，则产生北方向传输信号并传输至仲裁器；若y'＝y，则根据单多播选择信号判断是单播头微片还是多播头微片，若为多播头微片，则产生本地1方向传输信号并传输至仲裁器，同时将当前判断地址的横坐标x与当前路由节点的横坐标x'进行比较，若x'<x，则产生东方向传输信号并传输至仲裁器；若x'>x，则产生西方向传输信号并传输至仲裁器；若为单播头微片，则将当前判断地址的横坐标x与当前路由节点的横坐标x进行比较，若x'<x，则产生东方向传输信号并传输至仲裁器；若所述x'>x，则产生西方向传输信号并传输至仲裁器；若x'＝x，则产生本地2方向传输信号并传输至仲裁器；

步骤6、仲裁器根据所接收到的输入模块选择信号和相应方向传输信号，利用仲裁器的固定的优先级顺序产生输入输出连接信号并传输至交叉开关，以及产生输出通道占用信号并传输至相应输出模块；

步骤7、交叉开关根据所接收到输入输出连接信号，将所接收到的输入单元的当前微片传输至输出单元对应的输出模块；

步骤8、输出单元中相应的输出模块根据所接收到输出通道占用信号选择所相应的输出模块，若所选择的输出模块为东输出模块或西输出模块，则将所接收到的当前微片传输至东输出模块或西输出模块，并执行步骤9；若所选择的输出模块为南输出模块，则将所接收到的当前微片传输至南输出模块，并执行步骤10；若所选择的输出模块为北输出模块、本地1输出模块或本地2输出模块，则将所接收到的当前微片传输至北输出模块、本地1输出模块或本地2输出模块，并由北输出模块、本地1输出模块或本地2输出模块直接将当前微片的传输至下一路由节点；

步骤9、东输出模块或西输出模块判断当前微片为头微片还是体微片或尾微片；若当前微片为头微片，则判断当前头微片为多播头微片还是单播头微片，若为多播头微片，则将头微片中剩余的目的节点地址的纵坐标全部置为0，并将头微片传输至下一路由节点，若为单播头微片，则直接将当前头微片的传输至下一路由节点；若为体微片或尾微片，则直接将当前微片的传输至下一路由节点；

步骤10、南输出模块判断当前微片为头微片还是体微片或尾微片；若当前微片为头微片，则判断当前头微片为多播头微片还是单播头微片，若为多播头微片，继续判断当前理由节点的纵坐标y'是否为目的节点地址的纵坐标Y，若是，则将头微片中下一目的节点地址的纵坐标替换当前目的节点地址的纵坐标，并将头微片传输至下一路由节点，若否，则直接将头微片传输至下一路由节点；若为单播头微片，则直接将当前头微片传输至下一路由节点；若为体微片或尾微片，则直接将当前微片的传输至下一路由节点。

对于12×16的网络，实验以(1,0)和(1,15)为源节点，目的节点分别为第1、4行所有节点，第2、5行所有节点，第3、6行所有节点，第7、10行所有节点，第9、12行所有节点，第1至6行所有节点，第7至12行所有节点，第1至12行所有节点，数据包由一个头微片、两个体微片和一个尾微片组成，从源节点向目的节点发送一个数据包，不同目的节点情况下数据包的建立时间和发包时间如下表2所示，根据表2，将包连接电路(PCC)的建立时间与多播包连接电路(NNPCC)的建立时间进行对比，得到的结果如图7所示，将包连接电路(PCC)的发包时间与多播包连接电路(NNPCC)的发包时间进行对比，得到的结果如图8所示；由图7和图8分别可以看出，与包连接电路相比，多播包连接电路的建立时间分别降低了47.8％、52.3％、53.2％、56.0％、56.5％、57.0％、80.1％、81.7％、88.2％；发包时间分别降低了52.6％、54.6％、55.3％、57.4％、57.8％、58.2％、80.9％、82.2％、88.7％。

表2

Claims (2)

1.一种基于卷积神经网络的多播包连接电路，所述多播包连接电路是应用于N×M的二维网络中，N为所述二维网络的行数，M为二维网络的列数，其中N、M为大于等于2的正整数；所述二维网络包含N×M个多播包连接电路并相应作为N×M个路由节点；所述多播包连接电路是由输入单元、优先级控制器、地址解码器、仲裁器、输出单元和交叉开关组成，且包含六个传输方向；其特征是，

所述输入单元中的五个输入模块均包括单多播选择模块、多播通道选择模块和地址选择器；所述地址解码器包括输入端口选择模块、路由方向选择模块和目的节点确定模块；所述仲裁器包括本地2仲裁模块；所述输出单元是由东输出模块、西输出模块、南输出模块、北输出模块、本地1输出模块和本地2输出模块组成；所述交叉开关包括本地2数据传输模块；

当前路由节点的输入单元接收到上一路由节点的数据包的微片时，对所接收到的当前微片进行判断并将所述当前微片传输至所述交叉开关；

若所接收到的当前微片为头微片，则根据所述头微片建立链路并产生链路建立信号，再根据所述链路建立信号产生所述输入单元中相应输入模块的请求信号并传输给优先级控制器；所述输入单元中的多播通道选择模块根据所述头微片产生东西选择信号，并将所述东西选择信号传输至地址解码器；同时输入单元中的单多播选择模块产生单多播选择信号并传输给地址解码器和地址选择器；所述输入单元的地址选择器根据所接收到的所述单多播选择信号判断头微片为单播头微片还是多播头微片，若为单播头微片，则所述输入单元的地址选择器根据头微片的目的节点地址(X,Y)产生地址信号并传输给地址解码器，若为多播头微片，则所述输入单元的地址选择器根据头微片的目的节点地址的纵坐标Y产生地址信号并传输给地址解码器，其中X为目的节点地址的横坐标，Y为目的节点地址的纵坐标；

若所接收到的当前微片为体微片，则直接利用所建立的链路经过所述交叉开关将所述体微片传输至所述输出单元；

若所接收到的当前微片为尾微片，则直接利用所建立的链路经过所述交叉开关将所述尾微片传输至所述输出单元，同时将所建立的链路撤销；

所述当前路由节点的优先级控制器根据所接收的五个输入模块的请求信号进行优先级判断，产生输入模块选择信号并发送至所述地址解码器；

所述当前路由节点的地址解码器的输入端口选择模块根据所接收到的输入模块选择信号，接收相应输入模块的单多播选择信号、东西选择信号和地址信号，并将所接收的单多播选择信号传输至所述目的节点确定模块和所述路由方向选择模块，将东西选择信号和地址信号传输至所述目的节点确定模块，同时将接收到的输入模块选择信号传输至所述仲裁器；

所述目的节点确定模块根据所述单多播选择信号判断所述当前头微片是单播头微片还是多播头微片，若为单播头微片，则将所述目的节点地址(X,Y)赋予当前判断地址(x,y)并传输给所述路由方向选择模块；若为多播头微片，则根据接收到的东西选择信号判断所述当前多播头微片是东方向头微片还是西方向头微片，若为东方向头微片，则将所述目的节点地址的纵坐标Y赋予所述当前判断地址的纵坐标y并传输给所述路由方向选择模块，同时将所述当前判断地址的横坐标x置为0并传输给所述路由方向选择模块；若为西方向头微片，则将所述目的节点地址的纵坐标Y赋予所述当前判断地址的纵坐标y并传输给所述路由方向选择模块，同时将所述当前判断地址的横坐标x置为M-1并传输给所述路由方向选择模块；

所述路由方向选择模块根据接收到所述当前判断地址(x,y)和所述单多播选择信号，将所述当前判断地址的纵坐标y与当前路由节点的纵坐标y'进行比较，若y'<y，则产生南方向传输信号并传输至所述仲裁器；若y'>y，则产生北方向传输信号并传输至所述仲裁器；若y'＝y，则根据所述单多播选择信号判断是单播头微片还是多播头微片，若为多播头微片，则产生本地1方向传输信号并传输至所述仲裁器，同时将所述当前判断地址的横坐标x与当前路由节点的横坐标x'进行比较，若x'<x，则产生东方向传输信号并传输至所述仲裁器；若x'>x，则产生西方向传输信号并传输至所述仲裁器；若为单播头微片，则将所述当前判断地址的横坐标x与当前路由节点的横坐标x'进行比较，若x'<x，则产生东方向传输信号并传输至所述仲裁器；若x'>x，则产生西方向传输信号并传输至所述仲裁器；若x'＝x，则产生本地2方向传输信号并传输至所述仲裁器；

所述仲裁器根据所接收到的输入模块选择信号和相应方向传输信号，利用所述仲裁器的固定的优先级顺序产生输入输出连接信号并传输至所述交叉开关，以及产生输出通道占用信号并传输至所述相应输出模块；

所述交叉开关根据所接收到输入输出连接信号，将所接收到的输入单元的当前微片传输至所述输出单元对应的输出模块；

所述输出单元中相应的输出模块根据所接收到所述输出通道占用信号选择所相应的输出模块，若所选择的输出模块为东输出模块或西输出模块，则将所接收到的当前微片传输至东输出模块或西输出模块；所述东输出模块或西输出模块判断所述当前微片为头微片还是体微片或尾微片；若当前微片为头微片，则判断当前头微片为多播头微片还是单播头微片，若为多播头微片，则将头微片中剩余的目的节点地址的纵坐标全部置为0，并将头微片传输至下一路由节点，若为单播头微片，则直接将所述当前头微片的传输至下一路由节点；若为体微片或尾微片，则直接将所述当前微片的传输至下一路由节点；

若所选择的输出模块为南输出模块，则将所接收到的当前微片传输至南输出模块；所述南输出模块判断所述当前微片为头微片还是体微片或尾微片；若当前微片为头微片，则判断当前头微片为多播头微片还是单播头微片，若为多播头微片，继续判断当前理由节点的纵坐标y'是否为目的节点地址的纵坐标Y，若是，则将头微片中下一目的节点地址的纵坐标替换当前目的节点地址的纵坐标，并将头微片传输至下一路由节点，若否，则直接将头微片传输至下一路由节点；若为单播头微片，则直接将当前头微片传输至下一路由节点；若为体微片或尾微片，则直接将所述当前微片的传输至下一路由节点；

若所选择的输出模块为北输出模块、本地1输出模块或本地2输出模块，则将所接收到的当前微片传输至北输出模块、本地1输出模块或本地2输出模块，并由所述北输出模块、本地1输出模块或本地2输出模块直接将所述当前微片的传输至下一路由节点。

2.一种基于卷积神经网络的多播包连接电路的路由方法，是应用于N×M的二维网络中，N为所述二维网络的行数，M为二维网络的列数，其中N、M为大于等于2的正整数；所述二维网络包含N×M个多播包连接电路并相应作为N×M个路由节点；所述多播包连接电路是由输入单元、优先级控制器、地址解码器、仲裁器、输出单元和交叉开关组成，且包含六个传输方向；其特征是，所述路由方法是按如下步骤进行：

步骤1、以任意一个多播包连接电路为当前路由节点并通过自身的输入单元接收到上一路由节点的数据包的微片时，对所接收到的当前微片进行判断并将所述当前微片传输至所述交叉开关；

步骤1.1、若所接收到的当前微片为头微片，则根据所述头微片建立链路并产生链路建立信号，再根据所述链路建立信号产生所述输入单元中相应输入模块的请求信号并传输给优先级控制器；

步骤1.2、所述输入单元根据所述头微片产生东西选择信号，并将所述东西选择信号传输至地址解码器；同时所述输入单元产生单多播选择信号并传输给地址解码器；

步骤1.3、所述输入单元根据单多播选择信号判断头微片为单播头微片还是多播头微片，若为单播头微片，则所述输入单元根据头微片的目的节点地址(X,Y)产生地址信号并传输给地址解码器，若为多播头微片，则所述输入单元根据头微片的目的节点地址的纵坐标Y产生地址信号并传输给地址解码器，其中X为目的节点地址的横坐标，Y为目的节点地址的纵坐标；

步骤1.4、若所接收到的当前微片为体微片，则直接利用所建立的链路经过所述交叉开关将所述体微片传输至所述输出单元；

步骤1.5、若所接收到的当前微片为尾微片，则直接利用所建立的链路经过所述交叉开关将所述尾微片传输至所述输出单元，同时将所建立的链路撤销；

步骤2、所述当前路由节点的优先级控制器根据所接收的五个输入模块的请求信号进行优先级判断，产生输入模块选择信号并发送至所述地址解码器；

步骤3、所述当前路由节点的地址解码器根据所接收到的输入模块选择信号，接收相应输入模块的单多播选择信号、东西选择信号和地址信号，将接收到的输入模块选择信号传输至所述仲裁器；

步骤4、所述当前路由节点的地址解码器根据所述单多播选择信号判断所述当前头微片是单播头微片还是多播头微片，若为单播头微片，则将所述目的节点地址(X,Y)赋予当前判断地址(x,y)；若为多播头微片，则根据接收到的东西选择信号判断所述当前多播头微片是东方向头微片还是西方向头微片，若为东方向头微片，则将所述目的节点地址的纵坐标Y赋予所述当前判断地址的纵坐标y，同时将所述当前判断地址的横坐标x置为0；若为西方向头微片，则将所述目的节点地址的纵坐标Y赋予所述当前判断地址的纵坐标y，同时将所述当前判断地址的横坐标x置为M-1；

步骤5、所述当前路由节点的地址解码器根据所述当前判断地址(x,y)和所述单多播选择信号，将所述当前判断地址的纵坐标y与当前路由节点的纵坐标y'进行比较，若y'<y，则产生南方向传输信号并传输至所述仲裁器；若y'>y，则产生北方向传输信号并传输至所述仲裁器；若y'＝y，则根据所述单多播选择信号判断是单播头微片还是多播头微片，若为多播头微片，则产生本地1方向传输信号并传输至所述仲裁器，此时本地1方向只与y值有关；同时将所述当前判断地址的横坐标x与当前路由节点的横坐标x'进行比较，若x'<x，则产生东方向传输信号并传输至所述仲裁器；若x'>x，则产生西方向传输信号并传输至所述仲裁器；若为单播头微片，则将所述当前判断地址的横坐标x与当前路由节点的横坐标x'进行比较，若x'<x，则产生东方向传输信号并传输至所述仲裁器；若x'>x，则产生西方向传输信号并传输至所述仲裁器；若x'＝x，则产生本地2方向传输信号并传输至所述仲裁器；

步骤6、所述仲裁器根据所接收到的输入模块选择信号和相应方向传输信号，利用所述仲裁器的固定的优先级顺序产生输入输出连接信号并传输至所述交叉开关，以及产生输出通道占用信号并传输至所述相应输出模块；

步骤7、所述交叉开关根据所接收到输入输出连接信号，将所接收到的输入单元的当前微片传输至所述输出单元对应的输出模块；

步骤8、所述输出单元中相应的输出模块根据所接收到所述输出通道占用信号选择所相应的输出模块，若所选择的输出模块为东输出模块或西输出模块，则将所接收到的当前微片传输至东输出模块或西输出模块，并执行步骤9；若所选择的输出模块为南输出模块，则将所接收到的当前微片传输至南输出模块，并执行步骤10；若所选择的输出模块为北输出模块、本地1输出模块或本地2输出模块，则将所接收到的当前微片传输至北输出模块、本地1输出模块或本地2输出模块，并由所述北输出模块、本地1输出模块或本地2输出模块直接将所述当前微片的传输至下一路由节点；

步骤9、所述东输出模块或西输出模块判断所述当前微片为头微片还是体微片或尾微片；若当前微片为头微片，则判断当前头微片为多播头微片还是单播头微片，若为多播头微片，则将头微片中剩余的目的节点地址的纵坐标全部置为0，并将头微片传输至下一路由节点，若为单播头微片，则直接将所述当前头微片的传输至下一路由节点；若为体微片或尾微片，则直接将所述当前微片的传输至下一路由节点；

步骤10、所述南输出模块判断所述当前微片为头微片还是体微片或尾微片；若当前微片为头微片，则判断当前头微片为多播头微片还是单播头微片，若为多播头微片，继续判断当前理由节点的纵坐标y'是否为目的节点地址的纵坐标Y，若是，则将头微片中下一目的节点地址的纵坐标替换当前目的节点地址的纵坐标，并将头微片传输至下一路由节点，若否，则直接将头微片传输至下一路由节点；若为单播头微片，则直接将当前头微片传输至下一路由节点；若为体微片或尾微片，则直接将所述当前微片的传输至下一路由节点。

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