CN113709040B - 一种基于可扩展互联裸芯的封装级网络路由算法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及互联裸芯网络路由算法技术领域，具体涉及一种基于可扩展互联裸芯的封装级网络路由算法，该算法结构包括两级：对互联裸芯内的裸芯级网络，采用XY维序路由算法将NoD定义为X和Y两个方向的二维网络，规定数据从源节点出发，首先在X维度上进行传输，然后再在Y维度上进行传输，该算法禁止在Y维度前进的数据包转向进入X维度，即相应地禁止了两种转向情况，可以解决传统片上网络中的环形死锁问题；对由互联裸芯组成的环形网络，采用转弯模型配合最短路径路由算法进行路由选择，有利于最短路径的数据传输，提升了数据传输速度。

Description

一种基于可扩展互联裸芯的封装级网络路由算法

技术领域

本发明涉及互联裸芯网络路由算法技术领域，具体涉及一种基于可扩展互联裸芯的封装级网络路由算法。

背景技术

互联裸芯是一种用于裸芯扩展和数据传输的通用标准裸芯。在NoP中，不同类型的功能裸芯通过互联裸芯相互联接起来，形成微组件。多个微组件之间再采用一定的拓补结构互联起来，便构成了NoP整体，即微系统。微系统体系庞大，网络与网络之间层层包含，数据链路复杂，能否提出一种结构清晰、运行高效的NoP数据路由算法成为了当前决定NoP和互联裸芯能否最大程度发挥其高效性的关键问题之一。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于可扩展互联裸芯的封装级网络路由算法，解决了数据路由面临的环形死锁问题，从而有利于NoP最大程度、高效率地发挥功能。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：一种基于可扩展互联裸芯的封装级网络路由算法，该算法结构包括两级：对互联裸芯内的裸芯级网络，采用XY维路由算法；对由互联裸芯组成的环形网络，采用转弯模型配合最短路径路由算法进行路由选择。

进一步地，在XY维路由算法中，将网状拓扑的NoD定义为X和Y两个方向的二维网络，为网络的每一行节点和每一列节点都标定其对应的Y坐标和X坐标，规定数据从源节点出发，首先在X维度上进行传输，直到到达X坐标与目的节点的X坐标相同的节点，然后在Y维度上进行传输，最终抵达目的节点。

进一步地，XY维路由算法的执行流程为：

S1：根据数据包格式中所定义的NoD内节点ID，计算目的节点与源节点的X坐标之差x，若x＜0，则先向X负方向进行路由，直到当前节点的X坐标等于目的节点的X坐标；若x＞0，则反向X正方向进行路由，直到当前节点的X坐标等于目的节点的X坐标；若x=0，则不进行X方向的路由；

S2：计算目的节点与源节点的Y坐标之差y，若y＜0，则先向Y负方向进行路由，直到当前节点的Y坐标等于目的节点的Y坐标；若y＞0，则反向Y正方向进行路由，直到当前节点的Y坐标等于目的节点的Y坐标；若y=0，则不进行Y方向的路由；若当前节点的Y坐标等于目的节点的Y坐标，则完成XY未路由，到达目的节点。

进一步地，在互联裸芯组成的环形网络中，对每个方向的环路分别增加一条等同环路，该等同环路实现一处转向限制。

进一步地，在互联裸芯组成的环形网络中，首先计算路由结构中源NoD和目的NoD分别采用顺时针环路和逆时针子网络的路由距离，基于此选择距离较短的路径进行路由，然后对于任一方向中的两条路径，若其完全等价，则任意选择一条路径，若两条路径中只有一条可以满足源NoD和目的NoD的路由要求，则选择满足的条件的路径。

进一步地，裸芯间转弯模型路由算法的执行步骤包括：

S1：以NoP中节点的三维坐标分别表示NoD的ID、NoD内节点X方向坐标、NoD内节点Y方向坐标，设源节点s（i，j，k），去到目的节点d（p，q，t）；

S2：首先判断i与p的大小关系，若二者相等则不需要NoP环形路由，在NoD中采用XY路由到达目的节点；若二者不相等则计算i与p差的绝对值，若该值小于阈值，则选择顺时针环形路径，若大于阈值，则选择逆时针环形路径，最后根据路由选择确定下一个NoD节点，并将数据包发送至下一个节点。

进一步地，等同环路通过虚通道实现。

本技术方案所带来的有益效果是：1、采用XY维路由算法的方式可以使得数据包一旦开始在Y维度移动，就无法在X维度移动，由此禁止了两种转向情况，从而无法形成依赖环路的必要条件，进而解决了传统片上网络中的环形死锁问题；2、在裸芯间环形拓扑回路中，对每个方向分别增加一条等同环路并进行转向限制来避免死锁；3、裸芯间的转弯模型有利于最短路径的数据传输，提升了数据传输速度；4、使用虚通道来实现等同环路，能有效降低硬件开销、涉及难度和系统复杂程度，保证了NoD互联原本具有的简明性；5、整体上结构层次清晰，易于扩展，算法简洁。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为X维路由的结构图；

图2为Y维路由的结构图；

图3为裸芯间转弯模型路由结构图；

图4为裸芯间路由方向选择；

图5为裸芯间路由路径选择；

图6为裸芯间转弯模型路由结构中虚通道等同环路的微观结构图；

图7为互联裸芯的内部打破死锁产生可能的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。这种基于可扩展互联裸芯的封装级网络路由算法，主要包括两级结构，首先是对互联裸芯内的裸芯级网络，采用XY维路由算法，而对于互联裸芯组成的环形网络，采用转弯模型配合最短路径路由算法进行路由选择。

首先，在XY维路由算法中，将网状拓扑的NoD定义为X和Y两个方向的二维网络，为网络的每一行节点和每一列节点都标定其对应的Y坐标和X坐标，规定数据从源节点出发，首先在X维度上进行传输，直到到达X坐标与目的节点的X坐标相同的节点，然后在Y维度上进行传输，最终抵达目的节点。

具体的，XY维路由算法的执行流程为：

S1：根据数据包格式中所定义的NoD内节点ID，计算目的节点与源节点的X坐标之差x，若x＜0，则先向X负方向进行路由，直到当前节点的X坐标等于目的节点的X坐标；若x＞0，则反向X正方向进行路由，直到当前节点的X坐标等于目的节点的X坐标；若x=0，则不进行X方向的路由；

S2：计算目的节点与源节点的Y坐标之差y，若y＜0，则先向Y负方向进行路由，直到当前节点的Y坐标等于目的节点的Y坐标；若y＞0，则反向Y正方向进行路由，直到当前节点的Y坐标等于目的节点的Y坐标；若y=0，则不进行Y方向的路由；若当前节点的Y坐标等于目的节点的Y坐标，则完成XY未路由，到达目的节点。

如图1和2所示，在该实施例中，其源节点为A，目的节点为B，首先计算B与A的坐标差值为3，因此需要先从源节点A开始沿X方向路由3跳（hop），直到节点的当前X坐标等于目的节点B的X坐标。此时再计算Y方向B与当前节点 的坐标差值为-2，因此需要从当前节点向Y负方向路由跳直到节点的当前Y坐标等于目的节点B的Y坐标。

多个互联裸芯通过其内部NoD内的外部接口（同步控制器）按照环形的拓扑结构互联起来，由于其互联总线一般分为输入总线和输出总线两组总线，因此该环形拓扑回路可以分为顺时针和逆时针两个环路，每个环路上数据呈单向流动。然而这种环形拓扑仍然存在环形死锁的可能，因此可以采用限制一处转向的方式来避免死锁。再这种情况下，当数据需要经过被限制处传输时就无法正常传输，只能选择相反方向的环路，然后反向传输到达目的NoD。但是这不能保证数据的最短距离传输，因此大大降低了数据的传输效率。进而在此基础上，对于每个方向的环路，分别增加一条等同环路，该等同环路同样进行一处转向限制，但是限制位置与原回路不同。

如图3所示，在本实施例中，6个互联裸芯为核心的微组件组成NoP，分别为NoD1-NoD6。NoD之间采用环形拓扑连接，共设有4条环路，分别为子网络1-子网络4，其中子网络1和子网络2为顺时针方向环路，两者互为等同环路，子网络3和子网络4为逆时针方向环路，两者亦互为等同环路。子网络1和子网络3限制了NoD4处的转向，而子网络2和子网络4限制了NoD1处的转向。

其次，在互联裸芯组成的环形网络中，首先计算路由结构中源NoD和目的NoD分别采用顺时针环路和逆时针子网络的路由距离，基于此选择距离较短的路径进行路由，然后对于任一方向中的两条路径，若其完全等价，则任意选择一条路径，若两条路径中只有一条可以满足源NoD和目的NoD的路由要求，则选择满足的条件的路径。

在本实施例中，源NoD为NoD3，目的NoD为NoD5，其顺时针方向距离为2（最外侧线），逆时针方向距离为4（最内侧线），同理选择顺时针方向作为路由，如图4所示，对于顺时针方向的两条路径，从NoD3到NoD5，只有路径2（从外侧起第二条线）满足路由要求，因此选择该路径进行路由，如图5所示。

裸芯间转弯模型路由算法的执行步骤包括：

S1：以NoP中节点的三维坐标分别表示NoD的ID、NoD内节点X方向坐标、NoD内节点Y方向坐标，设源节点s（i，j，k），去到目的节点d（p，q，t）；

S2：首先判断i与p的大小关系，若二者相等则不需要NoP环形路由，在NoD中采用XY路由到达目的节点；若二者不相等则计算i与p差的绝对值，若该值小于阈值，则选择顺时针环形路径，若大于阈值，则选择逆时针环形路径，最后根据路由选择确定下一个NoD节点，并将数据包发送至下一个节点。

图6和7为互联裸芯内部结构，此处展示了与互联裸芯外部接口（同步控制器）相连的路由器，路由器的四个方向的传输总线均分为输入总线和输出总线两组总线，这两组总线通过同步控制器连接至互联裸芯外部，映射到NoP互联总线的输入总线和输出总线。

由于数据在NoD间的传输的底层过程也是由NoD内部的路由器支撑完成的，因此，对NoP互联总线设置两个虚通道，其本质是在微观上对互联裸芯NoD内部的路由器设置两组缓冲器（Buffer），这两组Buffer相互独立，分别用于存储NoP同一方向的两条等同环路上传输的数据，他们的输入或输出分时复用同一条物理总线。

对转弯模型路由结构的顺时针和逆时针两个方向的环路分别标号为1和2，对于同一个方向的两条等同环路标号为a和b，于是每一个路由器的每一个方向的接口都设置了4个虚通道buffer，分别为1a、1b、2a、2b。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各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。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于可扩展互联裸芯的封装级网络路由算法，其特征在于，该算法结构包括两级：对互联裸芯内的裸芯级网络，采用XY维路由算法；对由互联裸芯组成的环形网络，采用转弯模型配合最短路径路由算法进行路由选择；

在XY维路由算法中，将网状拓扑的NoD定义为X和Y两个方向的二维网络，为网络的每一行节点和每一列节点都标定其对应的Y坐标和X坐标，规定数据从源节点出发，首先在X维度上进行传输，直到到达X坐标与目的节点的X坐标相同的节点，然后在Y维度上进行传输，最终抵达目的节点；

XY维路由算法的执行流程为：S1：根据数据包格式中所定义的NoD内节点ID，计算目的节点与源节点的X坐标之差x，若x＜0，则先向X负方向进行路由，直到当前节点的X坐标等于目的节点的X坐标；若x＞0，则反向X正方向进行路由，直到当前节点的X坐标等于目的节点的X坐标；若x=0，则不进行X方向的路由；S2：计算目的节点与源节点的Y坐标之差y，若y＜0，则先向Y负方向进行路由，直到当前节点的Y坐标等于目的节点的Y坐标；若y＞0，则反向Y正方向进行路由，直到当前节点的Y坐标等于目的节点的Y坐标；若y=0，则不进行Y方向的路由；若当前节点的Y坐标等于目的节点的Y坐标，则完成XY未路由，到达目的节点；

在互联裸芯组成的环形网络中，对每个方向的环路分别增加一条等同环路，该等同环路实现一处转向限制。

2.根据权利要求1所述的一种基于可扩展互联裸芯的封装级网络路由算法，其特征在于，在互联裸芯组成的环形网络中，首先计算路由结构中源NoD和目的NoD分别采用顺时针环路和逆时针子网络的路由距离，基于此选择距离较短的路径进行路由，然后对于任一方向中的两条路径，若其完全等价，则任意选择一条路径，若两条路径中只有一条可以满足源NoD和目的NoD的路由要求，则选择满足的条件的路径。

3.根据权利要求2所述的一种基于可扩展互联裸芯的封装级网络路由算法，其特征在于，裸芯间转弯模型路由算法的执行步骤包括：

S1：以NoP中节点的三维坐标分别表示NoD的ID、NoD内节点X方向坐标、NoD内节点Y方向坐标，设源节点s（i，j，k），去到目的节点d（p，q，t）；

S2：首先判断i与p的大小关系，若二者相等则不需要NoP环形路由，在NoD中采用XY路由到达目的节点；若二者不相等则计算i与p差的绝对值，若该值小于阈值，则选择顺时针环形路径，若大于阈值，则选择逆时针环形路径，最后根据路由选择确定下一个NoD节点，并将数据包发送至下一个节点。

4.根据权利要求1所述的一种基于可扩展互联裸芯的封装级网络路 由算法，其特征在于，所述等同环路通过虚通道实现。

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