一种无缓存片上网络交叉开关调度机制

提出一种无缓存片上网络的交叉开关调度机制.无缓存是指将路由节点输入端口缓存以及相应的控制逻辑移除,以降低实现开销.该调度机制在每个输入端口设置一条自回环通道,并在“偏转”路由基础上采用一种基于“偏转”和自回环次数的优先级策略,以通过减小“偏转”次数提高无缓存片上网络的网络性能.实验表明,此调度机制相对于基本的无缓存机制,可保证在硬件开销与能耗不增的前提下,提高网络性能;相对于典型的有缓存机制,在负载较低时其网络性能更优,负载较高时性能略低,但可使硬件开销与能耗分别下降58.9％与40.2％,并使频率提高74.6％.     

基于自相似排队模型的片上网络缓存分配算法

为提升片上网络在自相似通信特征下的网络性能,依据片上网络数据流的自相似特性,通过建立虚通道自相似排队模型,提出一种基于自相似排队模型的片上网络缓存分配算法.算法首先利用已建立的排队模型计算虚通道缓存溢出概率,然后依次为溢出概率最大的虚通道缓存队列递增缓存深度,每次增加一个微片,直至达到总缓存配额阈值.实验结果表明,与现有的基于排队模型的算法相比,文中算法在相同缓存开销下可获得更小的平均包延迟,在同等平均包延迟下可节约25％的缓存开销.     

基于数据流向的片上网络动态缓存分配机制*

为了有效利用缓存资源,提出一种动态分配片上网络路由器端口缓存的方法,根据传输方向将输入端口接收到的数据分成不同的组,每个组对应一个输出端口,并将数据以组的形式进行存储,控制部件根据各个组数据规模为其动态分配缓存资源。与基于虚通道的动态缓存分配方式相比,该方法降低了控制和仲裁的复杂度。仿真结果表明,获得同等性能的条件下,该方法可以有效降低缓存的需求。     

一种基于双仲裁时间片策略的可重构硬件任务调度算法

在可重构系统中,二维布局模型比一维布局模型具有更高的自由度.然而,二维模型获得较高的资源利用率要以复杂的资源管理和任务调度算法为代价,这不但使调度过程变得复杂,而且导致时间开销大,直接影响系统实时性.针对这一问题,在综合考虑性能和算法复杂度的基础上,提出了一种适用于二维可重构器件的双仲裁时间片可重构硬件任务调度算法DATS(Double Arbiters Time-Sliced).算法采用两个仲裁器对硬件资源进行管理,并根据空间和时间约束动态裁决任务布局位置;同时设计了双仲裁时间片任务调度模式图,对任务的调度和布局过程进行合理分离,使任务调度和布局过程相对独立并简化处理过程.DATS算法的调度时间复杂度为O(N),单任务布局算法的时间复杂度为O(E),其中N为被调度的任务总数,E(＜N)为器件中正在执行的任务数目,实验表明,DATS算法时间开销小,在轻负载情况下任务调度成功率比stuffing算法高1％～2％,在重负载情况下资源利用率保持在80％～85％的水平,与时间复杂度为O(N2)的算法基本一致,所以更适合于实时情况下的任务调度.     

基于片上网络的低偏转率微缓存路由器

片上网络通常使用输入输出缓存或交叉开关缓存存储微片以提高路由器性能,导致大量消耗片上资源并显著增加功耗。无缓存路由器被提出用于解决该问题,但存在低效率的偏转,不适用于中、高负载的网络。为此,设计一种基于方向向量路由策略的低偏转率微缓存路由器。采用一个旁路寄存器和一个回环寄存器的设计,通过二分图最大匹配调度算法优化微片路由。在Xilinx Vivado上的仿真结果表明,该路由器的性能与RIDER路由器相当,但寄存器使用减少55%,并且在高负载网络中性能优于CHIPPER,Min BD和RIDER路由器。     

基于内容的网络集群负载平衡算法模型

在论述网络集群负载平衡算法的基础上,基于内容分类的方法,给出基于内容的网络集群负载平衡算法三元组模型。请求分类有利于提高缓存命中率,调度机制说明如何适当地转发请求,动态反馈避免将请求分配到重载的服务器,进而分析了调度机制的八种调度策略和六种基于内容的调度转发技术。该模型利用缓存内容来提高集群的吞吐量和响应时间,可部署多种服务类型。     

一种异构可重构片上系统的实时任务调度算法

动态可重构系统中为新到达的任务实时地安排任务启动时间和放置位置是硬件任务调度算法的关键.硬件任务的调度在很大程度上影响可重构计算系统的性能.提出了一种基于二维资源模型的分组-邻接边在线调度算法,该算法将硬件任务按照长宽比分为垂直任务和水平任务两组分别考虑在可重构资源上的放置位置,同时引入任务邻接边数作为选择合理放置位置的重要指标,可使得硬件任务放置更为紧凑,减少资源碎片,提高调度成功率.对两种硬件任务放置策略进行了对比,结果表明尽可能旱的安排任务启动有利于提升高负载情况下的调度成功率.仿真实验表明,与已有算法相比,该算法具有更高的任条接受率,而运行时开销没有显著增加.     

基于传输时间精确预测的片上总线仲裁算法

片上系统中各主设备有不同的实时性和带宽要求,它们竞争使用片上系统总线.总线仲裁器采用各种仲裁算法试图满足实时性和带宽要求,但已有算法很难同时满足这两方面的要求.提出一种基于传输时间精确预测的仲裁算法,采用该算法的仲裁器能够精确地预测在当前仲裁机制下各个请求的完成时间.因此能判断哪些主设备的实时性可能会被违反,从而提前改变总线仲裁策略以满足各主设备实时性要求.同时,采用该算法后仲裁器并行比较主设备的实际传输带宽和需求带宽的差别,及时调整优先权以实现对带宽的精确分配.实验结果表明,该算法比常见的5种算法在实时性要求满足百分比方面平均提高66.47％,很好地满足了各主设备在各种情况下的强实时要求.     

片上通信结构——共享总线和NoC的分析与比较

采用模块化方法对集中式仲裁共享总线和二维网格片上网络(Network on Chip,NoC)的硬件开销和延迟进行了数学上的分析。在此基础上,通过可综合Verilog代码对这两种片上通信结构在RTL级进行描述,并建立了这两种通信方式的周期准确级的功能验证和性能分析环境。结果表明,在同样工艺条件下,共享总线的面积与NoC相比相当小;但对于大规模片上系统通信,NoC的吞吐效率及带宽明显优于共享总线。     

基于故障链路缓存再利用的NoC容错路由算法

建立故障模型是进行片上网络容错研究的基础,传统的细粒度故障模型未能有效地区分链路故障和通道故障.为了进一步提高片上资源的利用率,构建了一种粒度更细的微粒度故障模型,并在该模型的基础上提出了基于故障链路缓存再利用的容错路由算法.该算法为每个通信节点增加4条自收发通道,并采用基于缓存再利用的透传机制,通过复用故障链路两端的正常缓存和通道来透传故障通道上的数据包,提高了数据包采用最优输出端口的概率.实验结果表明,文中算法在高故障比例的片上网络中优势明显,且能以相对较小的硬件开销换取平均吞吐量、平均延迟和数据包平均跳数等性能的大幅度提升.