一种面向片上系统的多任务映射方法*

片上系统的研究在当代已经有了较快的发展,软件任务映射方法是一个研究热点。单任务的映射方法已经得到了深入的研究,但是很少在文献中见到关于对多任务映射的研究。本文在单任务映射的基础上提出了基于实际硬件平台的多任务组合映射方法,通过实际的硬件平台得到准确的实测数据来支持任务的合理映射。该方法可以快速找出最优的多任务组合映射方法,使任务完成总时间和功耗最优化。     

可靠电压频率岛感知的异步片上网络能耗优化

针对采用2D-Torus拓扑结构且支持电压频率岛（VFI）的异步片上网络能耗优化问题,提出了具有可靠性的、基于电压频率岛的划分和分配及片上网络任务映射的能耗优化方法．该方法采用递进优化的方式,根据IP核的动态处理能耗,不同电压频率岛之间的转换能耗和可靠性带来的能耗开销定义了IP核在电压频率岛之间移动的阈值函数,并通过对阈值函数进行判断完成电压频率岛的划分和分配,应用基于三元相关性量子粒子群优化算法完成处理单元到资源节点的映射,在映射中考虑保证系统可靠性的通信开销,对异步片上网络系统的可靠性进行优化．实验结果表明,该算法可以在不过多消耗能耗的情况下显著的改善片上网络系统的可靠性,且可有效降低NOC系统的能耗.     

基于ColdFire-Linux嵌入式开发平台的设计与实现

为实现嵌入式网络和多媒体应用的通用开发平台,提出了一种基于ColdFire5470和Linux的嵌入式平台设计方案.详细设计了开发平台硬件系统的各电路接口模块,完成了基于硬件平台的Linux+U-Boot移植.在此基础上,为平台设计了用于功能模块检测的片上诊断系统,构建了完整的开发平台系统.最后设计了测试软件,并通过该软件完成了针对系统功能和应用完整性的测试工作.该开发平台为嵌入式应用系统的进一步开发和通信系统的算法研究工作提供了可靠的支持.     

基于FPGA的NoC硬件系统设计

设计了基于FPGA的片上网络系统硬件平台。系统由大容量的FPGA、存储器、高速A/D与D/A、通信接口和一个扩展的ARM9系统组成。完成了集高速数字信号处理、视频编解码和网络传输功能与一体的多核系统设计。针对典型的3×3 2D Mesh结构的NoC系统应用进行了探讨,阐述了NoC系统设计过程中的关键技术,并使用SigXplorer软件对系统的信号完整性解决方案进行了PCB的反射与串扰仿真。     

多处理器片上系统任务调度研究进展评述

多处理器片上系统在单芯片上集成了多种指令集处理器,可完成复杂完整的功能,在图像处理、网络多媒体和嵌入式系统等应用领域前景广阔.任务映射与调度是多处理器片上系统设计的关键问题之一.介绍了多处理器片上系统的基本结构和面临的挑战,从调度算法分析和实现框架两个方面着重探讨了近年来多处理器片上系统任务调度的国内外研究进展情况,分析了当前亟待解决的问题与下一步主要的研究方向,可为多处理器片上系统相关研究提供参考.     

片上协同网络和电磁协同效应感知的智能传感器

为了提高传感器的功能集成、扩展应用类型和保障电磁兼容,提出了一种基于片上协同网络和电磁协同效应感知的智能传感器.针对传感器节点的复用性、多用型和高效系统执行力,设计了单节点部署阵列式多传感器、多核和多天线设备的片上协同网络,并通过动态映射解决了片上通信和阵列设备间电磁干扰问题;在分析符号出错率、电磁协同效应的硬件发生率的基础上,通过逻辑协同控制传感器片上网络中的电磁协同效应,设计出了具有动态分层差异特性自适应控制符号传递和融合处理的智能传感器.实验结果表明:所设计的智能传感器数据采集误差小于0.1％,并带来了25％的工作延迟增益,不仅提高了数据精度而且改善了实时性.     

面向测试优化的片上网络映射算法

针对复杂片上系统(SoC)芯片的片上网络(NoC）映射方案未考虑测试需求的问题,提出了一种面向测试优化的NoC映射算法,兼顾了可测性的提升和映射开销的最小化。该映射方案首先依据特定的测试结构,使用划分算法进行片上系统所有IP核的测试分组,其优化目标为测试时间最短;之后,再基于分组内IP核之间的通信量,应用遗传算法实现NoC映射,其优化目标是在测试优化的基础上实现映射开销最小。通过多个ITC'02测试基准电路进行的实验结果表明:应用该方案后,测试时间平均减少12.67%;与随机任务映射相比,映射代价平均减少24.5%。     

一种新型片上网络互连结构的仿真和实现

综合性能、硬件实现等方面考虑,提出一种基于片上网络的互连拓扑结构-层次化路由结构MLR(Multi-Layer Router).该结构通过层次化设计减小网络直径,具有良好的对称性和扩展性.网络建模仿真和硬件实现结果显示,在不同网络负载和不同IP核节点数的情况下,MLR与传统结构相比,在处理网络通信时,对于网络丢包率、通信延迟和网络吞吐量等网络性能参数均有最多50%-70%的提升;同时通过共享路由的方式,减少了超过20%的芯片面积和40%以上的动态功耗,有效降低了互连结构的硬件开销     

访存敏感的增量式MPSoC应用映射

现代多处理器片上系统(multiprocessor system-on-chip,MPSoC)通常采用片上网络(network-on-chip,NoC)作为其基本互连结构,应用映射是基于片上网络互连的MPSoC设计中的关键问题,应用映射决定应用划分成的各个任务到片上网络节点的分配.许多基于片上网络互连的MPSoC系统将共享存储作为网络中的独立节点,针对这类MPSoC系统,提出一种访存敏感的增量式动态映射策略.该策略离线分析获取应用的访存特征,运行中当应用到达系统时,根据其访存特征选择不同的映射算法,将热点应用围绕共享存储器布局,非热点应用远离共享存储器布局,并最小化应用间以及应用所含任务间的通信链路竞争.模拟实验表明:与贪恋区域选择加随机节点映射的策略相比较,提出的策略对系统整体通信功耗平均节约34.6％,性能提升可达36.3％,并能适应不同片上网络规模.     

面向实时复杂系统的基于片上网络多核平台的映射技术研究

为了提高通信与信号处理系统向片上网络(NoC)平台映射的性能,提出一种面向系统能耗和响应时间的新型NoC映射模型。该模型改进了传统映射算法中能耗的计算方法,同时考虑交换网络的能耗和处理节点的能耗,采用多对多映射技术,在带宽约束的基础上,结合复杂通信系统特有的注入率、迭代边界等约束,同时优化能耗和响应时间,提高了映射算法的实用性。仿真实例证明,该映射模型得到的优化方案能降低约15%的系统能耗,能够获得综合的最优性能。     

A multi-processor NoC-based architecture for real-time image/video enhancement

The paper presents a multi-processor architecture for real-time and low-power image and video enhancement applications. Differently from other state-of-the-art parallel architectures the proposed solution is composed of heterogeneous tiles. The tiles have computational and memory capabilities, support different algorithmic classes and are connected by a novel Network-on-Chip (NoC) infrastructure. The proposed packet-switched data transfer scheme avoids communication bottlenecks when more tiles are working concurrently. The functional performances of the NoC-based multi-processor architecture are assessed by presenting the achieved results when the platform is programmed to support different enhancement algorithms for still images or videos. The implementation complexity of the NoC-based multi-tile platform, integrated in 65 nm CMOS technology, is reported and discussed.     

Task mapping and flow priority assignment of real-time industrial applications for network-on-chip based design

Network-on-chip (NoC) is a paradigm shift for communication between cores in multi-processor systems. It has emerged as a solution for addressing the limitations of bus-based communication in multi-processor system design. The use of MPSoC (Multi-Processor System on Chip) based design of real-time safety-critical embedded systems (such as, Avionics, Automotive etc.) is really a challenge because of the requirement of time predictability and reliability of highest degree. Task mapping and flow priority assignment are two crucial steps for real-time NoC design. Most of the earlier work on priority assignment for on-chip communications are either based on exhaustive search or are heuristic in nature.In this paper, a search based explorative solution to the priority assignment problem has been proposed with a Genetic Algorithm (GA) based formulation that uses experimentally determined heuristics to converge faster with a better solution. Unlike other works in the area, proposed work considers the task execution time while assigning flow priorities. The paper proposes a combined priority assignment and task mapping solution. The approach has been validated with two real-time industrial applications - one from automotive domain, while the other one is from avionics.     

基于3D Mesh结构的一种静态路由算法

3D NoC在同构多核系统中相比2D NoC具有更为优越的性能.本文在研究3D Mesh结构的基础上,对拓扑结构中的平均延时和理想吞吐量进行了理论上的评估,并提出了一种基于3D Mesh的新的静态路由算法,最后运用NS2网络仿真软件对其进行仿真和比较.实验结果显示,新的路由算法可以有效地提高吞吐量,并在大规模数据传输时...     

基于遗传算法的NoC处理单元映射研究

传统的基于总线的SoC体系结构及设计方法在解决多处理器的复杂系统中将遇到瓶颈, 有效解决方案NoC(片上网络)成为新的发展趋势.本文研究了广泛使用的二维规则型网络(2D-mesh)对影响系统性能的重要因素--功耗建立模型,以及形成处理单元位置映射等问题.最后运用遗传算法来寻找已建立的功耗模型最优解或近最优解.试验结果表明,遗传算法能够使得目标函数很快收敛,起到了很好的全局寻优效果.     

SimTile:片状多核处理器的高效模拟器(英文)

传统的基于共享总线的多核芯片随着核心数增加产生了瓶颈问题。新型TiledCMP(chip multiprocessor)的结构设计中,片上核心互联网络对提高扩展能力和执行效率起到了重要作用。为了实现低延迟、高带宽的核心通信,高速点对点网络方式的片上多核互联结构模拟成为研究的热点。抽象片上Tiled方式16核功能单元结构,设计实现了SimTile模拟器,可提供配置灵活、功能单元齐全的片上多核处理器设计,支持高效率的全局共享缓存、高速片上路由结构。模拟器采用模块化的组件配置方式,片上核心数量与互联网络结构、数据一致性协议、全局寄存器通信与cache共享模式等,均可通过精简的参数调整。实验表明模拟器执行效率较高,为片上多核研究提供了灵活、高效并具备可扩展性的新平台。     

片上多核网络存取控制器的设计与实现

提出一种基于片上网络消息传输的高效多核网络存取控制器。该网络存取控制器支持收发双工模式,内置一系列可配置寄存器,采用基于消息表的数据接收方式,通过记录并自动更新不同消息的接收配置信息使数据传输更加高效。使用SMIC 0.18 μm工艺进行综合,结果表明,其工作频率可达300 MHz,规模约为20 443门。     

基于龙芯2E多处理器平台的虚拟机群系统

机群系统已成为高性能计算的主流体系结构,机群模拟环境是学习机群操作的重要工具。该文提出一种基于龙芯2E多处理器硬件平台的机群模拟方案——虚拟机群系统(VCS)。该系统在共享内存的多处理器上同时运行多个操作系统并使用内存操作模拟网络通信,实现机群环境的模拟。     

多处理器芯片组中交叉开关的设计与性能优化

交叉开关是交换芯片和芯片组的核心逻辑。该文设计并实现了多处理器芯片组中的交叉开关,其工作频率在FPGA布局布线后可以达到100 MHz。通过实践采样,对延迟和带宽进行测试,提出性能优化的策略,目前该交叉开关已稳定运行于龙芯2E多处理器系统中。     

Advanced hardware/software co-design on reconfigurable network-on-chip based hyper-platforms

In this contribution we present a new paradigm and methodology for the Network-on-chip (NoC) based design of complex hardware/software systems. While classical industrial design platforms represent dedicated fixed architectures for specific applications, flexible NoC architectures open new degrees of system reconfigurability. After giving an overview on required demands for NoC hyper-platforms, we describe the realisation of these prerequisites within the HiNoC platform. We introduce a new dynamic hardware/software co-design methodology for pre- and post-manufacturing design. Finally we will summarize the concept combined with an outlook on further investigations.