MPSoC上的NoC通信架構的實現(xiàn)

　　摘要：本文介紹了片上網(wǎng)絡的相關概念，采用2D Mesh拓撲結構和XY路由算法，實現(xiàn)了一款用于構建MPSoC的片上網(wǎng)絡。通過在EDK中構建4個MicroBlaze核的處理器，并用片上網(wǎng)絡進行連接，最終在XUP Virtex-Ⅱ Pro FPGA開發(fā)板上驗證了片上網(wǎng)絡的正確性。

　　引言

　　隨著半導體集成電路以及片上多核技術的發(fā)展，片上系統(tǒng)(System On Chip，SoC)變得越來越復雜。傳統(tǒng)的基于總線的通信結構具有可擴展性不強、結構簡單以及當IP核較多時布線比較復雜等缺點已經(jīng)成為了系統(tǒng)性能的瓶頸，難以滿足日益增長的片上系統(tǒng)內部通信需求。2001年，研究者們借鑒了計算機網(wǎng)絡的思想，提出了片上網(wǎng)絡(Network On Chip，NoC)這種全新的片上互聯(lián)架構。

　　目前關于片上網(wǎng)絡的研究主要包括拓撲結構研究、路由算法研究以及模擬器研究等。盡管片上網(wǎng)絡的研究蓬勃發(fā)展，但是基于特定應用的片上網(wǎng)絡的研究還比較少。本文用VHDL語言構造出一個基于二維網(wǎng)格(2D Mesh)拓撲結構以及XY路由算法的片上網(wǎng)絡。通過在EDK中構建多個MicroBlaze IP核，并用片上網(wǎng)絡進行連接通信，最終在XUP Virtex-Ⅱ Pro FPGA開發(fā)板上驗證了該片上網(wǎng)絡的正確性。

　　相關概念簡介

　　片上網(wǎng)絡

　　片上網(wǎng)絡，即在芯片上引入計算機網(wǎng)絡的概念，用以實現(xiàn)芯片上各個模塊的互聯(lián)。片上網(wǎng)絡與計算機網(wǎng)絡類似，都支持包交換、路由轉發(fā)策略以及相關的路由協(xié)議等。但是，片上網(wǎng)絡也有其自身的特點：首先，片上網(wǎng)絡是基于芯片級的，其規(guī)模較小;其次，片上網(wǎng)絡對傳輸?shù)乃俾室蟊容^高;第三，片上網(wǎng)絡受到制約的條件比較多;第四，片上網(wǎng)絡對功耗以及路由算法的效率要求也比計算機網(wǎng)絡要高。

　　FPGA

　　FPGA(Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)是1984年由Xilinx公司發(fā)明的。它是一種半定制的通用器件，用戶可以通過對FPGA器件編程實現(xiàn)所需的邏輯功能。

　　MicroBlaze

　　MicroBlaze是一種片內微處理器軟核，它是一種針對Xilinx FPGA優(yōu)化過的功能強大的片上微處理器軟核。MicroBlaze軟核的內部采用RISC指令集結構和哈佛存儲結構，內部有32個通用寄存器、1個ALU單元、2個特殊寄存器程序指針(PC)和處理器狀態(tài)寄存器(MSR)。

　　MPSoC

　　MPSoC(Multiprocessor System–On-Chip)也稱多處理器片上系統(tǒng)。隨著電路設計復雜度的大大提升，將多個處理器核集成到一塊芯片上構成MPSoC的方法成為了新一代SoC的主流設計。MPSoC所應用的平臺常常包括具有許多特定功能的處理單元、內存模塊以及I/O部件。

　　片上網(wǎng)絡的設計與實現(xiàn)

　　本文中片上網(wǎng)絡的設計主要包括拓撲結構、路由算法、交換節(jié)點、網(wǎng)絡接口等方面的設計。