NOC

對於傳統共享匯流排通信結構中存在的延遲、通信性能瓶頸以及設計效率問題，NoC提供了一種新的片上通信結構解決方案。本文首先論述了NoC的國內外研究現狀，然後論述了以NoC為通信架構的系統晶元設計流程。在此基礎上，我們針對二維網NoC拓撲結構，分析了其性能特點、路由演演算法、以及NoC中單個路由節點功耗和性能評估模型，並同時與通用的片上共享匯流排的性能與硬體開銷進行了比較。同時，低功耗是超大規模集成電路設計的一個趨勢，特別是對一些嵌入式系統、移動終端以及手持設備。

對於NoC設計，可以分別在各個層次，如物理層、鏈路層、網路層、應用層等降低NoC的能量消耗。本文針對NoC這種片上通信架構，主要研究在網路層和應用層進行低功耗設計的技術以及性能分析方法，其主要工作如下：

首先，針對超深亞微米半導體工藝下，片上通信的數據完整性日益嚴重的問題，提出了一種自適應的NoC鏈路數據保護方法。該方法根據通信鏈路的錯誤概率以及系統的可靠性約束要求，自適應的在片上通信鏈路的可靠等級與功耗之間進行折衷，使得滿足片上通信鏈路數據完整性要求的同時，NoC的通信能量消耗最小。

其次，針對NoC採用網路通信的特點，提出了一種基於網路積分的NoC報文延遲計算方法。該方法通過對輸入報文的到達曲線以及路由節點的服務曲線分析，採用網路積分理論，計算出報文在NoC中的傳輸延遲；同時對NoC中路由節點採用不同仲裁策略的報文延遲計算方法進行了研究，並在準確度上與周期準確級模擬進行了比較。

再次，針對NoC設計過程中IP核映射和路由分配兩個關鍵步驟，提出了一種基於PSO的低功耗IP核映射和鏈路平衡的路由定製演演算法PLBMR。針對二維網格NoC，在提出了NoC能量消耗和通信鏈路負載平衡的數學計算方法的基礎上，解決了IP核映射和路由分配的PSO粒子表示問題。

但是對於不同的應用，各個IP之間的通信數據流類型會有很大差別，為了得到優化的性能，需要根據具體的應用設置合適的演演算法參數。最後，針對不規則的2維NoC拓撲結構，提出一種避免死鎖的低功耗全定製路由演演算法EA_TP。該路由演演算法以轉彎禁止的死鎖避免路由演演算法為基礎，考慮鏈路長度以及鏈路上通信容量兩個因數，選擇合適的轉彎被禁止，同時保證NoC的全連接，然後採用Dijkstra最短路由路徑演演算法，構造所有通信流的路由路徑。EA_TP演演算法採用路由表的方法構造定製路由，保證了在合理的面積開銷範圍內，解決了不規則NoC的死鎖問題，同時使得NoC通信能量消耗最小。