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1、电子科技大学 硕士学位论文 片上网络映射模型研究及工具设计 姓名：陈庚生 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：胡剑浩 20100501 摘要 摘要 在摩尔定律的引导下，伴随着半导体产业和工艺的不断发展，集成电路上晶 体管数目不断增多的趋势给整个与集成电路相关的研究领域带来了极大的挑战和 前所未有的影响。为了在单一芯片上集成大规模晶体管，以实现复杂的电子系统， 片上系统设计技术最初于2 0 世纪9 0 年代中期被提出，逐渐成为集成电路设 计领域的一个重要的分支。同时，随着S o C 集成度的不断增加，系统越来越 复杂，深亚微米工艺带来的设计困难越加明显，一种全新的能适应片上多处
2、理系统并行运算能力和复杂内部连接的片上技术便慢慢成为S o C 技术的一个主 线，这就是片上网络技术。 本文从片上网络的发展、特点即其关键技术说起，然后以片上网络技术关键 问题之一的映射问题为核心展开讨论。文章首先给出片上网络的一般设计流程及 其特点，然后结合对传统N o C 映射模型和映射算法的简单介绍，提出一种简单有 效的基于实时数字信号处理系统的N o C 映射模型和相关的改进映射算法，并为该 映射优化问题建立相应的目标函数模型和约束条件模型。 在完成有关N o C 映射问题的基础理论研究之余，笔者设计了一款面向N o C 映 射问题的E D A 工具G A g u il O ，本文对该
3、工具的优势、软件层次、简单设计方法 及其主要特性都做了详细的说明。 最后，本文使用一种常见的无线传输系统接收器作为应用系统，结合G A g u i1 0 工具，通过图表和数据的方式向读者展现了这种新的N o C 映射模型的主要优点。 同时，本文的实验部分证明了改进算法在处理复杂映射优化问题时所体现出来的 简单、高效、目标优化效果显著等诸多优点。 文中提出的新的映射模型、映射算法和映射工具，都有具体的数学模型 并被组合在一起，形成了一套通用性和可操作性极强、可配置内容丰富的研 究工具。因此，本文对N o C 映射问题的未来研究具有一定的实践性参考价值。 关键字：片上网络映射，M M M a p
4、，目标优化，遗传算法，映射工具 A B S T R A C T A B S T R A C T W i t ht h ea d v a n c eo fs e m i c o n d u c t o rt e c h n o l o g y , i ta l l o w si n t e g r a t e d c i r c u i t ( I C ) d e s i g n e r st oi n t e g r a t eah u g en u m b e ro ft r a n s i s t o r so n as i n g l ec h i p ，w h i c hp r o v
5、 i d e st h e a d v a n t a g e sa n dc h a l l e n g e sf o rI Ci n d u s t r yi t s e l f S y s t e m o n c h i p ( S o C ) t e c h n o l o g yw a s p r o p o s e di nt h en i n e t i e so ft h e2 0 t hc e n t u r yt op r o v i d ea ne f f i c i e n tw a yt oi m p l e m e n tt h e c o m p l e x e
6、l e c t r o n i c s y s t e m s S i n c et h ei n t e r n a lc o n n e c t i o n s a m o n go n c h i p m u l t i p r o c e s s o r sb e c a m em o r ea n dm o r ec o m p l i c a t e d ，a ne f f e c t i v em e t h o dc a l l e d n e t w o r k o n c h i pf N o C ) w a sp r e s e n t e dt os o l v et
7、h e s ec o m p l e xo n c h i pc o m m u n i c a t i o n i s s u e s T h i st h e s i sf o c u s e so nt h em a p p i n gp r o b l e mo fN o C ，w h i c hi so n eo ft h e k e yi s s u e s f o rN o C t e c h n o l o g y A tf i r s t ，t h ed e s i g nf l o wo fN o Cb a s e dS o Ci si n t r o d u c e d
8、T h e n ， b a s e do nt h et y p i c a lm a p p i n gm o d e l sa n dm a p p i n ga l g o r i t h m s ，an e ws i m p l ea n d e f f e c t i v eN o C m a p p i n gm e t h o di sp r o p o s e di nt h i st h e s i s F i n a l l y , m a t h e m a t i c a lm o d e l s o fo b j e c t i v ef u n c t i o n
9、sa n dc o n s t r a i n sa r ed e r i v e df o rt h i sm a p p i n gs c h e m e A c c o r d i n gt ot h ep r o p o s e dm a p p i n gs c h e m e ，a nE D At o o l ，c a l l e dG A g u i ，u s e df o r N o C m a p p i n gi s s u e si sa l s od e s i g n e d 。T h ea d v a n t a g e s ，f u n c t i o n a l
10、l e v e l s ，d e s i g nf l o w a n dc h a r a c t e r is t i e sa r ei n t r o d u c e di nt h i st h e s i s I nt h ec a s es t u d y , w et a k e saM I M O O F D Mr e c e i v e ro fw i r e l e s st r a n s m i s s i o n s y s t e m sa sa l le x a m p l et oe x p l a i nh o wt ou s et h ep r o p o
11、 s e ds c h e m ea n dE D At o o la n d d e m o n s t r a t et h ea d v a n t a g e so ft h em a p p i n gs c h e m ea n dt h ee f f i c i e n c yo ft h et 0 0 1 T h em e t h o di n t r o d u c e di nt h i st h e s i s ，w h i c hi sc o n s i s to fam a p p i n gm o d e l ，m a p p i n g a l g o r i t
12、 h m sa n dm a p p i n gt o o l ，c o u l db eu s e df o rt h ep r a c t i c a ls y s t e md e s i g na n dN o C r e s e a r c h e s K e y w o r d s ：N o Cm a p p i n g ，M M - M a p ，o b j e c t i v e o p t i m i z a t i o n ，g e n e t i ca l g o r i t h m ， m a p p i n gt 0 0 1 I I 图目录 图目录 图1 1S o C
13、 设计流程图2 图1 2N o C 设计流程图一5 图1 3 通讯任务图与应用特征图6 图2 1N o C 设计平台11 图2 2N o C 典型映射问题示意图1 2 图2 3 片上网络网格结构1 3 图2 _ 4N o C 拓扑结构分类图1 4 图2 5 三种常用的N o C 拓扑结构1 5 图2 - 6N o C 同构处理单元平台1 6 图2 7 二维4 4M e s hN o C 结构1 7 图2 8N o C 路由节点内部结构。1 7 图2 - 9D F G 到2 x2N o C 的映射M D F G 1 9 图2 1 0 映射模型2 ) 2 0 图2 11 映射模型1 ) 和映射模型
14、3 ) 2 1 图3 1 一个简单的映射实例2 9 图4 1 染色体编码与映射结果。3 7 图4 2 遗传算法一般流程3 9 图4 3 染色体映射实例4 0 图4 4 单点交叉实例4 2 图4 5 基因位变异实例4 3 图4 6 随机映射算法伪代码5 4 图5 1 软件层次结构图5 9 图5 - 2N o C 映射工具界面6 0 图5 3D F G 信息输入界面6 1 图5 _ 4N o C 拓扑结构选择界面6 2 图5 5 映射算法选择界面，6 2 图5 - 6 仿真结束导出结果6 3 图6 1I M T 高级无线传输系统接收端等效D F G 6 4 图6 2M M M a p 遗传映射在不同拓扑下得到的最优延时值6 8 图6 3M
