CN115514642B - 一种基于分割通信需求的多fpga平台网络拓扑优化方法 - Google Patents

一种基于分割通信需求的多fpga平台网络拓扑优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于分割通信需求的多FPGA平台网络拓扑优化方法，包括获取划分后划分块的数量和各划分块之间的连接关系；从预设的网络拓扑结构库中任意选择一种网络拓扑结构，并将划分后的设计映射到选择的网络拓扑结构中；判断各FPGA通信端口之间的通信带宽需求以及网络中各节点之间的传输总带宽是否分别满足预设的要求；若满足要求，根据映射后的网络拓扑结构得到各FPGA之间的所有通信链路，计算从源FPGA需要到达目的FPGA的跳数，并记录最大跳数；从预设的网络拓扑结构库中任意选择另外一种网络拓扑结构，并返回上述步骤，遍历所有网络拓扑结构之后，选择其中最大跳数最小的网络拓扑结构作为最优网络拓扑结构。大幅度提高多FPGA仿真验证平台效率。

Description

一种基于分割通信需求的多FPGA平台网络拓扑优化方法
技术领域
本发明涉及集成电路微电子领域，特别是涉及一种基于分割通信需求的多FPGA平台网络拓扑优化方法。
背景技术
大规模多FPGA仿真验证平台中，FPGA的互连结构对验证的性能有关键性的影响。
传统的多FPGA仿真验证平台通常采用电缆或者光缆实现FPGA之间的交叉互连。一般在完成FPGA之间的物理连接之后，不再轻易调整FPGA之间的拓扑关系。这样的方式存在两个主要问题：(1)相对固定的拓扑难以适应不同用户设计对各FPGA之间的通信需求；(2)相对固定的连接方式，使得只能通过对用户设计的划分和映射进行调整来实现各连接通路的通信量均衡，难以充分利用资源，提高仿真性能。
针对此问题，本发明提出基于分割通信需求的多FPGA平台网络拓扑优化方法。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提供一种基于分割通信需求的多FPGA平台网络拓扑优化方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种基于分割通信需求的多FPGA平台网络拓扑优化方法，方法包括以下步骤：
S100：获取划分后的设计，划分后的设计包括划分块的数量和各划分块之间的连接关系；
S200：从预设的网络拓扑结构库中任意选择一种网络拓扑结构，并将划分后的设计映射到选择的网络拓扑结构中，得到各FPGA通信端口之间的通信带宽需求以及网络中各节点之间的传送总带宽需求，其中，通信带宽需求指需要通过交换网络进行传输的通信带宽需求；
S300：根据各FPGA通信端口之间的通信带宽需求、网络中各节点之间的传送总带宽需求、预设的对应端口的传输带宽阈值和预设的对应节点的传输总带宽阈值判断各FPGA通信端口之间的通信带宽需求以及网络中各节点之间的传输总带宽是否分别满足预设的对应端口的传输带宽要求以及预设的对应节点间的传输总带宽要求；
S400：若各FPGA通信端口之间的通信带宽需求以及网络中各节点之间的传输总带宽均分别满足预设的对应端口的传输带宽要求以及预设的对应节点间的传输总带宽要求，根据映射后的网络拓扑结构得到各FPGA之间的所有通信链路，计算从源FPGA需要到达目的FPGA的跳数，并记录最大跳数；
S500：从预设的网络拓扑结构库中任意选择另外一种网络拓扑结构，并返回S300至S400，遍历所有网络拓扑结构之后，选择其中最大跳数最小的网络拓扑结构作为最优网络拓扑结构，并通过软件配置实现最优网络拓扑结构。
优选地，S200中的预设的网络拓扑结构库中包括星状拓扑结构、环形拓扑结构、树形拓扑结构和全连接拓扑结构。
优选地，S200中将划分后的设计映射到选择的网络拓扑结构中的映射过程包括：确定各FPGA在选择的网络拓扑结构中的位置、确定各划分块与各FPGA之间的一一对应关系以及划分块对外通信信号与FPGA通信端口之间的对应关系。
优选地，步骤S300包括：
S310：根据各FPGA通信端口之间的通信带宽需求和预设的对应端口的传输带宽阈值判断各FPGA通信端口之间的通信带宽需求是否满足预设的对应端口的传输带宽需求；
S320：若各FPGA通信端口之间的通信带宽需求满足预设的对应端口的传输带宽需求，根据各FPGA通信端口之间的通信带宽需求得到网络中各节点之间的传输总带宽，根据网络中各节点之间的传输总带宽和预设的对应节点间的传输总带宽阈值判断网络中各节点之间的传输总带宽是否满足预设的对应节点间的传输总带宽要求。
优选地，S310包括：
当各FPGA通信端口之间的通信带宽需求小于预设的对应端口的传输带宽阈值时，判定各FPGA通信端口之间的通信带宽需求满足预设的对应端口的传输带宽需求；
当各FPGA通信端口之间的通信带宽需求大于预设的对应端口的传输带宽阈值时，判定各FPGA通信端口之间的通信带宽需求不满足预设的对应端口的传输带宽需求。
优选地，S320包括：
当网络中各节点之间的传输总带宽大于预设的对应节点间的传输总带宽阈值时，判定网络中各节点之间的传输总带宽不满足预设的对应节点间的传输总带宽要求；
当网络中各节点之间的传输总带宽小于预设的对应节点间的传输总带宽阈值时，判定网络中各节点之间的传输总带宽满足预设的对应节点间的传输总带宽要求。
优选地，S300还包括：
若各FPGA通信端口之间的通信带宽需求不满足预设的对应端口的传输带宽需求和/或若网络中各节点之间的传输总带宽不满足预设的对应节点间的传输总带宽要求，执行S500。
优选地，S500还包括：
当存在至少两个最大跳数均为最小且跳数一样的网络拓扑结构时，计算对应网络拓扑结构中所有FPGA端口的物理带宽与需求带宽的差值，取所有差值中差值最小的值作为当前网络拓扑结构均衡性的度量值；
比较不同网络拓扑结构之间的均衡性的度量值的大小，取度量值最大的网络拓扑结构作为最优网络拓扑结构。
上述一种基于分割通信需求的多FPGA平台网络拓扑优化方法，根据用户设计划分块之间的通信需求，对多FPGA仿真验证平台的网络拓扑结构进行优化，在多种网络拓扑结构中确定最佳的拓扑结构，减少FPGA之间的跳数，大幅度提高多FPGA仿真验证平台效率。
附图说明
图1为本发明一实施例中一种基于分割通信需求的多FPGA平台网络拓扑优化方法流程图；
图2为本发明一实施例中的星状拓扑结构示意图；
图3为本发明一实施例中的环形拓扑结构示意图；
图4为本发明一实施例中的树形拓扑结构示意图；
图5为本发明一实施例中的全连接拓扑结构示意图；
图6为本发明一实施例中用户设计划分块示意图；
图7为本发明一实施例中用户设计映射到星状拓扑示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
在一个实施例中，如图1所示，一种基于分割通信需求的多FPGA平台网络拓扑优化方法，方法包括以下步骤：
S100：获取划分后的设计，划分后的设计包括划分块的数量和各划分块之间的连接关系。
S200：从预设的网络拓扑结构库中任意选择一种网络拓扑结构，并将划分后的设计映射到选择的网络拓扑结构中，得到各FPGA通信端口之间的通信带宽需求以及网络中各节点之间的传送总带宽需求，其中，通信带宽需求指需要通过交换网络进行传输的通信带宽需求。
进一步地，S200中的预设的网络拓扑结构库中包括星状拓扑结构、环形拓扑结构、树形拓扑结构和全连接拓扑结构。
具体地，星状拓扑结构示意图如图2所示，环形拓扑结构示意图如图3所示，树形拓扑结构示意图如图4所示，全连接拓扑结构示意图如图5所示。
在一个实施例中，S200中将划分后的设计映射到选择的网络拓扑结构中的映射过程包括：确定各FPGA在选择的网络拓扑结构中的位置、确定各划分块与各FPGA之间的一一对应关系以及划分块对外通信信号与FPGA通信端口之间的对应关系。
具体地，映射方法和映射结果有多种，从映射结果中选择一种最好的映射结构。
S300：根据各FPGA通信端口之间的通信带宽需求、网络中各节点之间的传送总带宽需求、预设的对应端口的传输带宽阈值和预设的对应节点的传输总带宽阈值判断各FPGA通信端口之间的通信带宽需求以及网络中各节点之间的传输总带宽是否分别满足预设的对应端口的传输带宽要求以及预设的对应节点间的传输总带宽要求。
在一个实施例中，步骤S300包括：
S310：根据各FPGA通信端口之间的通信带宽需求和预设的对应端口的传输带宽阈值判断各FPGA通信端口之间的通信带宽需求是否满足预设的对应端口的传输带宽需求；
S320：若各FPGA通信端口之间的通信带宽需求满足预设的对应端口的传输带宽需求，根据各FPGA通信端口之间的通信带宽需求得到网络中各节点之间的传输总带宽，根据网络中各节点之间的传输总带宽和预设的对应节点间的传输总带宽阈值判断网络中各节点之间的传输总带宽是否满足预设的对应节点间的传输总带宽要求。
在一个实施例中，S310包括：
当各FPGA通信端口之间的通信带宽需求小于预设的对应端口的传输带宽阈值时，判定各FPGA通信端口之间的通信带宽需求满足预设的对应端口的传输带宽需求；
当各FPGA通信端口之间的通信带宽需求大于预设的对应端口的传输带宽阈值时，判定各FPGA通信端口之间的通信带宽需求不满足预设的对应端口的传输带宽需求。
在一个实施例中，S320包括：
当网络中各节点之间的传输总带宽大于预设的对应节点间的传输总带宽阈值时，判定网络中各节点之间的传输总带宽不满足预设的对应节点间的传输总带宽要求；
当网络中各节点之间的传输总带宽小于预设的对应节点间的传输总带宽阈值时，判定网络中各节点之间的传输总带宽满足预设的对应节点间的传输总带宽要求。
在一个实施例中，S300还包括：
若各FPGA通信端口之间的通信带宽需求不满足预设的对应端口的传输带宽需求和/或若网络中各节点之间的传输总带宽不满足预设的对应节点间的传输总带宽要求，执行S500。
具体地，各FPGA通信端口之间的通信带宽需求和网络中各节点之间的传输总带宽中的任一个不满足要求，说明该网络拓扑结构不能满足用户设计需求，跳到S500重新选择别的网络拓扑结构。
S400：若各FPGA通信端口之间的通信带宽需求以及网络中各节点之间的传输总带宽均分别满足预设的对应端口的传输带宽要求以及预设的对应节点间的传输总带宽要求，根据映射后的网络拓扑结构得到各FPGA之间的所有通信链路，计算从源FPGA需要到达目的FPGA的跳数，并记录最大跳数。
S500：从预设的网络拓扑结构库中任意选择另外一种网络拓扑结构，并返回S300至S400，遍历所有网络拓扑结构之后，选择其中最大跳数最小的网络拓扑结构作为最优网络拓扑结构，并通过软件配置实现最优网络拓扑结构。
在一个实施例中，S500还包括：
当存在至少两个最大跳数均为最小且跳数一样的网络拓扑结构时，计算对应网络拓扑结构中所有FPGA端口的物理带宽与需求带宽的差值，取所有差值中差值最小的值作为当前网络拓扑结构均衡性的度量值；
比较不同网络拓扑结构之间的均衡性的度量值的大小，取度量值最大的网络拓扑结构作为最优网络拓扑结构。
在一个详细的实施例中，假设划分后用户设计如下图6所示，A-F为划分后的划分块，划分块之间的连接关系如图6所示，连线上的系数代表该信号的带宽需求，单位Gbps。
如果采用星状拓扑结构，可以得到如下图7所示的映射结果。此处，为了简便，假设网络中交换设备的端口数量为4。实际上根据交换设备的型号，端口数量可以更多。在本实施例中，用户设计的划分块的数量为6个，一个交换设备的4个端口中有一个用于连接网络，剩余3个可以分别连接3个划分块，此时最简单的映射方法是分别将6个划分块连接到2个交换设备上，如下图7所示。此时根据用户设计划分块示意图，考察每个分块间的信号在映射后的连接情况，如表1所示，可知此时最大跳数为3。
表1映射后分块间信号带宽及跳数
分块间的信号 带宽需求(Gbps) 跳数
AB 30 1
AE 10 1
AF 10 3
BC 30 3
BE 10 1
CD 10 1
CE 10 3
DE 10 3
EF 10 3
再考察映射后网络中各个端口带宽情况，如表2所示，可知，如果交换设备的端口最大带宽为50Gbps，则不能满足设计映射后对带宽的需求，需要重新计算映射方式或者更换网络拓扑结构，如果交换设备的最大带宽为100Gbps，则满足此设计映射的带宽需求，映射后最大跳数为3。
表2
上述一种基于分割通信需求的多FPGA平台网络拓扑优化方法，根据用户设计划分块之间的通信需求，对多FPGA仿真验证平台的网络拓扑结构进行优化，在多种网络拓扑结构中确定最佳的拓扑结构，减少FPGA之间的跳数，并考虑网络带宽的均衡，大幅度提高多FPGA仿真验证平台效率。
以上对本发明所提供的一种基于分割通信需求的多FPGA平台网络拓扑优化方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于分割通信需求的多FPGA平台网络拓扑优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S100：获取划分后的设计，所述划分后的设计包括划分块的数量和各划分块之间的连接关系；
S200：从预设的网络拓扑结构库中任意选择一种网络拓扑结构，并将划分后的设计映射到选择的网络拓扑结构中，得到各FPGA通信端口之间的通信带宽需求以及网络中各节点之间的传送总带宽需求，其中，所述通信带宽需求指需要通过交换网络进行传输的通信带宽需求；
S300：根据所述各FPGA通信端口之间的通信带宽需求、所述网络中各节点之间的传送总带宽需求、预设的对应端口的传输带宽阈值和预设的对应节点的传输总带宽阈值判断所述各FPGA通信端口之间的通信带宽需求以及网络中各节点之间的传输总带宽是否分别满足预设的对应端口的传输带宽要求以及预设的对应节点间的传输总带宽要求；
S400：若所述各FPGA通信端口之间的通信带宽需求以及网络中各节点之间的传输总带宽均分别满足预设的对应端口的传输带宽要求以及预设的对应节点间的传输总带宽要求，根据映射后的网络拓扑结构得到各FPGA之间的所有通信链路，计算从源FPGA需要到达目的FPGA的跳数，并记录最大跳数；
S500：从所述预设的网络拓扑结构库中任意选择另外一种网络拓扑结构，并返回S300至S400，遍历所有网络拓扑结构之后，选择其中最大跳数最小的网络拓扑结构作为最优网络拓扑结构，并通过软件配置实现所述最优网络拓扑结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S200中的预设的网络拓扑结构库中包括星状拓扑结构、环形拓扑结构、树形拓扑结构和全连接拓扑结构。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S200中将划分后的设计映射到选择的网络拓扑结构中的映射过程包括：确定各FPGA在选择的网络拓扑结构中的位置、确定各划分块与各FPGA之间的一一对应关系以及划分块对外通信信号与FPGA通信端口之间的对应关系。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S300包括：
S310：根据所述各FPGA通信端口之间的通信带宽需求和预设的对应端口的传输带宽阈值判断所述各FPGA通信端口之间的通信带宽需求是否满足预设的对应端口的传输带宽需求；
S320：若所述各FPGA通信端口之间的通信带宽需求满足预设的对应端口的传输带宽需求，根据所述各FPGA通信端口之间的通信带宽需求得到网络中各节点之间的传输总带宽，根据所述网络中各节点之间的传输总带宽和预设的对应节点间的传输总带宽阈值判断所述网络中各节点之间的传输总带宽是否满足预设的对应节点间的传输总带宽要求。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，S310包括：
当所述各FPGA通信端口之间的通信带宽需求小于预设的对应端口的传输带宽阈值时，判定所述各FPGA通信端口之间的通信带宽需求满足预设的对应端口的传输带宽需求；
当所述各FPGA通信端口之间的通信带宽需求大于预设的对应端口的传输带宽阈值时，判定所述各FPGA通信端口之间的通信带宽需求不满足预设的对应端口的传输带宽需求。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，S320包括：
当所述网络中各节点之间的传输总带宽大于预设的对应节点间的传输总带宽阈值时，判定所述网络中各节点之间的传输总带宽不满足预设的对应节点间的传输总带宽要求；
当所述网络中各节点之间的传输总带宽小于预设的对应节点间的传输总带宽阈值时，判定所述网络中各节点之间的传输总带宽满足预设的对应节点间的传输总带宽要求。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S300还包括：
若所述各FPGA通信端口之间的通信带宽需求不满足预设的对应端口的传输带宽需求和/或若所述网络中各节点之间的传输总带宽不满足预设的对应节点间的传输总带宽要求，执行S500。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S500还包括：
当存在至少两个最大跳数均为最小且跳数一样的网络拓扑结构时，计算对应网络拓扑结构中所有FPGA端口的物理带宽与需求带宽的差值，取所有差值中差值最小的值作为当前网络拓扑结构均衡性的度量值；
比较不同网络拓扑结构之间的均衡性的度量值的大小，取度量值最大的网络拓扑结构作为最优网络拓扑结构。
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