本發(fā)明涉及一種基于“包-電路”交換技術的路由模式切換配置器，屬于片上網絡通訊技術領域。

背景技術：

隨著集成電路集成度不斷提高，集成電路向集成系統(tǒng)轉變，對處理器核之間的互聯架構提出更高要求，傳統(tǒng)總線結構的擴展度、并行度、全局時鐘同步度已經成為限制其發(fā)展的瓶頸，而片上網絡具有良好的地址空間、可擴展性、并行處理能力，采用全局同步局部異步的機制有效解決功耗和面積問題，逐漸稱為業(yè)內青睞的主流片上通信方式。

“包-電路”交換技術是一種適用于大批量數據傳輸的交換方式，其特點是將數據傳輸事務分為三個階段：鏈路建立階段，數據傳輸階段和鏈路撤銷階段。此交換技術采用“包”交換技術用于鏈路建立，采用“電路”交換技術鎖定已建立的鏈路，形成鏈路獨占，進行數據傳輸，直至傳輸完成，再撤銷鏈路。

但是，“包-電路”交換技術的鏈路獨占專享的方式會造成網絡不同程度的擁塞，不同數據傳輸事務所需鏈路之間重復的路徑段越多則擁塞程度越明顯，數據傳輸事務所需鏈路越長越容易造成其他大量事務的擁塞。因此，通常所采用的分布式路由難以有效避免片上網絡高擁塞情況。

技術實現要素：

本發(fā)明為克服現有技術的不足之處，提出一種基于“包-電路”交換技術的路由模式切換配置器，在分布式路由基礎上封裝可配置可切換的集總路由模式，在處理數據批量差距大的傳輸事務時，重構數據傳輸鏈路，替代分布式路由逐次逐段建立鏈路的過程，有效避免網絡擁塞造成的重復請求建立過程，極大減輕傳輸事務之間的相互干擾，優(yōu)化時間開銷和傳輸效率，提高系統(tǒng)整體性能。

本發(fā)明為達到上述目的所采用的技術方案是：

一種基于“包-電路”交換技術的路由模式切換配置器，其特征是，所述路由模式切換配置器應用于映射數據批量差異大的傳輸事務并造成網絡鏈路擁塞度高的片上網絡中，所述路由模式切換配置器包括配置網絡和包電路交換片上網絡，所述包電路交換片上網絡的基本路由節(jié)點在分布式路由基礎上，封裝集總路由；

所述配置網絡是切換并配置路由模式的多播網絡，所述配置網絡的配置節(jié)點與所述電路交換片上網絡的路由節(jié)點一一對應，配置信息包含所有路由節(jié)點的節(jié)點坐標、入端口和出端口、鏈路使能信號，節(jié)點坐標、入端口和出端口配置路由節(jié)點的路由方向，鏈路使能信號切換片上網絡的路由模式；

所述包電路交換片上網絡的路由節(jié)點接收不同數據源端的路由請求，路由節(jié)點內部根據輪詢機制逐次處理所述路由請求，進而連通路由方向決定的端口以構建傳輸鏈路，所述鏈路所有途徑路由節(jié)點的入端口和出端口即被鎖定，由該傳輸事務獨自占有，直至通道被釋放；若路由節(jié)點所有可請求端口均被鎖定占用，向數據源端返回鏈路建立失敗信號，數據源端在接收到信號后，重復請求建立鏈路，直至所請求端口空閑，構建鏈路，至傳輸事務處理完畢為止；

所述包電路交換片上網絡將數據源端所攜帶的目的節(jié)點坐標與當前路由節(jié)點坐標進行比較，選擇和入端口匹配的鏈路出端口，若所選出端口被鎖定占用，則繼續(xù)仲裁轉向能力范圍內其他出端口的占用情況，端口空閑可用，則構建鏈路，端口均鎖定占用，向數據源端返回失敗信號，表示無法構建鏈路；

所述集總路由解碼所述配置網絡下發(fā)的配置信息，匹配至當前路由節(jié)點的所有入端口和出端口，鏈路使能信號標識配置信息中入端口和出端口的路由方向被鎖定占用；每個路由節(jié)點具有五個方向，即具有五對入端口和出端口，入端口和出端口可自行選擇組合方式和組合數量，但同一方向入端口和出端口通常不組合。

優(yōu)選地，分布式路由根據當前路由節(jié)點坐標(y，x)與數據目的路由節(jié)點坐標(dy，dx)比較尋找路由方向，五個方向包括：本地方向、東方向、南方向、西方向和北方向，鏈路路由機制如下：

a.當dx>x，dy>y，可選路由方向為東方向和南方向；

b.當dx>x，dy<y，可選路由方向為東方向和北方向；

c.當dx<x，dy>y，可選路由方向為西方向和南方向；

d.當dx<x，dy<y，可選路由方向為西方向和北方向；

e.當dx>x，dy＝y(tǒng)，可選路由方向為東方向；

f.當dx<x，dy＝y(tǒng)，可選路由方向為西方向；

g.當dx＝x，dy>y，可選路由方向為南方向；

h.當dx＝x，dy<y，可選路由方向為北方向；

i.當dx＝x，dy＝y(tǒng)，可選路由方向為本地方向；

集總路由接受配置信息，配置信息包括路由節(jié)點的方向和端口，五個方向和端口包括：本地方向入/出端口、東方向入/出端口、南方向入/出端口、西方向入/出端口和北方向入/出端口，集總路由端口組合方式可按配置建立傳輸鏈路，在入端口和出端口無重復使用原則下，分布式路由的路由機制將切換成如下集總路由機制：

a.集總路由單個路由節(jié)點鏈路建立數為1，一對入端口和出端口配對組合；

b.集總路由單個路由節(jié)點鏈路建立數為2，兩對入端口和出端口配對組合；

c.集總路由單個路由節(jié)點鏈路建立數為3，三對入端口和出端口配對組合；

d.集總路由單個路由節(jié)點鏈路建立數為4，四對入端口和出端口配對組合；

e.集總路由單個路由節(jié)點鏈路建立數為5，五對入端口和出端口配對組合。

優(yōu)選地，當經由配置網絡向片上網絡路由節(jié)點下發(fā)配置信息后，在復用路由節(jié)點硬件資源情況下，切換路由模式為集總路由，分布式路由自尋鏈路的結果將被置為無效，由集總路由配置鏈路的方式取代，所述集總配置鏈路的入端口和出端口可按如下方式確定：

a.集總路由通道建立數為1，鏈路入端口可為五個方向的任何一個，每個出端口為除去該入端口所在方向的四個方向任何一個；

b.集總路由通道建立數為2，鏈路入端口可為五個方向的任何兩個，每個出端口為除去該入端口所在方向的四個方向任何一個；

c.集總路由通道建立數為3，鏈路入端口可為五個方向的任何三個，每個出端口為除去該入端口所在方向的四個方向任何一個；

d.集總路由通道建立數為4，鏈路入端口可為五個方向的任何四個，每個出端口為除去該入端口所在方向的四個方向任何一個；

e.集總路由通道建立數為5，表示該路由節(jié)點配置五條鏈路，鏈路入端口為五個方向。

優(yōu)選地，路由模式按照如下方式確定：

情況1：在配置網絡沒有下發(fā)集總配置的配置信息時，路由模式工作在分布式路由模式下，所有路由節(jié)點的路由機制均為轉向路由機制，需要進行節(jié)點坐標的比較來確定路由方向；

情況2：在配置網絡下發(fā)集總配置的配置信息后，路由模式將切換成集總路由模式，所有路由節(jié)點的路由機制均切換為配置信息指定的鏈路建立機制，在加入事務調度的因素下，重構鏈路布局，而無需調整計算核布局；再次下發(fā)配置信息可將路由模式重新切換成分布式路由；在一定程度規(guī)避高風險的基礎上，保持不同傳輸事務的并行性。

需要說明的是，本發(fā)明中所提到的包電路交換片上網絡的基本路由節(jié)點在分布式路由基礎上，封裝集總路由指的是設計并增添具有集總路由功能的路由模塊，與分布式路由的路由模塊共同包含于片上網絡的基本路由節(jié)點中；使片上網絡每個路由節(jié)點均有分布式路由和集總路由兩種路由模式。

與現有技術相比，本發(fā)明的有益技術效果體現在：

1、本發(fā)明提供的路由模式切換配置器，封裝可切換的集總路由和分布式路由，可通過配置網絡下發(fā)配置信息對片上網絡進行集總配置，拆解所有傳輸事務擁塞路徑，重構嶄新無擁塞鏈路，全新鏈路將原本將會遲延的傳輸事務提升至并行處理，提高網絡路由節(jié)點利用率和傳輸效率，在復用原有網絡結構和硬件資源的前提下，增強網絡對各類映射事務的兼容度；

2、本發(fā)明充分考量集總路由和分布式路由對網絡路由的影響，采取靈活調度二者方案，根據不同映射事務，有針對有差別切換兩種路由模式，既在最大程度規(guī)避分布式路由自適應性可能帶來嚴重擁塞的高風險，又以最小配置周期的時間成本換取事務整體協(xié)調遲滯的時間與資源開銷；

3、本發(fā)明切換集總路由模式后，采取最少端口最高權限策略，鎖定鏈路必須的節(jié)點端口，同時收回剩余端口的使用權限，極大減少突發(fā)事務對映射事務的干擾，保持所有映射事務工作在干凈的網絡環(huán)境，直至路由模式切換成分布式路由。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中路由模式切換配置器進行集總配置示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中配置信息示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中分布式路由兩個可選路由方向示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例中集總路由集總配置3條鏈路示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖及其實施例對本發(fā)明進行詳細說明，但并不因此將本發(fā)明的保護范圍限制在實施例描述的范圍之中。

在本實施例中，提供一種基于“包-電路”交換技術的路由模式切換配置器，該路由模式切換配置器應用于映射數據批量差異大的傳輸事務并造成網絡鏈路擁塞度高的片上網絡中，以配置集總路由的方式重構事務鏈路，兼顧所有映射事務的同時，拆解擁塞鏈路段，緩解片上網絡擁塞壓力；

如圖1所示，配置網絡是切換并配置路由模式的多播網絡，配置節(jié)點與路由節(jié)點一一對應，遞次下發(fā)配置信息至路由節(jié)點的切換配置器，配置信息包含所有路由節(jié)點的節(jié)點坐標、入端口和出端口、鏈路使能信號，前兩者配置路由節(jié)點的路由方向，后者切換片上網絡的路由模式；

如圖2所示，8比特的節(jié)點坐標用于匹配受集總路由配置的節(jié)點，便于解碼配置信息，6比特的端口標志位存有入端口號和出端口號，用于鎖定該路由節(jié)點進出端口，2比特的鏈路使能非零狀態(tài)可切換成集總路由模式，置零狀態(tài)可切換成分布式路由模式；

當數據源端有傳輸事務需要處理時，發(fā)出相應的路由請求。包電路交換片上網絡路由節(jié)點接收不同數據源端的路由請求，路由節(jié)點內部根據輪詢機制逐次處理，進而連通路由方向決定的端口以構建傳輸鏈路，鏈路所有途徑路由節(jié)點的入端口和出端口即被鎖定，由該傳輸事務獨自占有，其他數據源端無法同時使用該鎖定端口，直至通道被釋放；若路由節(jié)點所有可請求端口均被鎖定占用，向數據源端返回鏈路建立失敗信號，數據源端在接收到信號后，重復請求建立鏈路，直至所請求端口空閑，構建鏈路，至傳輸事務處理完畢為止。

分布式路由采用在確定性路由xy維序路由機制基礎上改進的轉向路由機制，具有在一定程度上規(guī)避擁塞鏈路的自適應性；根據數據源端所攜帶的目的節(jié)點坐標與當前路由節(jié)點坐標進行比較，選擇和入端口匹配的鏈路出端口，若所選出端口被鎖定占用，則繼續(xù)仲裁轉向能力范圍內其他出端口的占用情況，端口空閑可用，則構建鏈路，端口均鎖定占用，向數據源端返回失敗信號，表示無法構建鏈路；分布式路由是片上網絡默認路由模式，在未配置集總路由情況下，片上網絡為分布式路由模式，在進行集總路由情況下，片上網絡切換成集總路由模式；

集總路由解碼配置網絡下發(fā)的配置信息，匹配至當前路由節(jié)點的所有入端口和出端口，鏈路使能信號決定配置信息中入端口和出端口的路由方向被鎖定占用，數據由該入端口進入，則必將從匹配鎖定的出端口導出；每個路由節(jié)點具有五個方向，即具有五對入端口和出端口，入端口和出端口可自行選擇組合方式和組合數量，但同一方向入端口和出端口通常不組合。

片上網絡為單端口網絡，在分布式路由模式下，根據當前路由節(jié)點節(jié)點坐標(y，x)與數據目的路由節(jié)點節(jié)點坐標(dy，dx)比較尋找路由方向，五個方向包括：本地方向、東方向、南方向、西方向和北方向，鏈路路由機制如下：

a.當dx>x，dy>y，可選路由方向為東方向和南方向；

b.當dx>x，dy<y，可選路由方向為東方向和北方向；

c.當dx<x，dy>y，可選路由方向為西方向和南方向；

d.當dx<x，dy<y，可選路由方向為西方向和北方向；

e.當dx>x，dy＝y(tǒng)，可選路由方向為東方向；

f.當dx<x，dy＝y(tǒng)，可選路由方向為西方向；

g.當dx＝x，dy>y，可選路由方向為南方向；

h.當dx＝x，dy<y，可選路由方向為北方向；

i.當dx＝x，dy＝y(tǒng)，可選路由方向為本地方向；

以上機制決定如下兩種類型：

類型1：當前路由節(jié)點與數據目的節(jié)點坐標在同行(y方向)或同列(x方向)及本地方向時，只有一個可選路由方向，目的是保證路由路徑最小化，避免繞遠路的方式路由；

類型2：當前路由節(jié)點與數據目的節(jié)點坐標不在同行(y方向)也不在同列(x方向)時，有兩個可選路由方向，在一個方向被占用仲裁失敗后，繼續(xù)仲裁另一個方向，選用其中空閑方向，進行路由，如圖3所示；

集總路由需接受配置信息，相對于分布式路由，需具體到路由節(jié)點的方向和端口，五個方向和端口包括：本地方向入/出端口、東方向入/出端口、南方向入/出端口、西方向入/出端口和北方向入/出端口，集總路由端口組合方式可按配置建立傳輸鏈路，在入端口和出端口無重復使用原則下，分布式路由的路由機制將切換成如下集總路由機制：

a.集總路由單個路由節(jié)點鏈路建立數為1，一對入端口和出端口配對組合；

b.集總路由單個路由節(jié)點鏈路建立數為2，兩對入端口和出端口配對組合；

c.集總路由單個路由節(jié)點鏈路建立數為3，三對入端口和出端口配對組合；

d.集總路由單個路由節(jié)點鏈路建立數為4，四對入端口和出端口配對組合；

e.集總路由單個路由節(jié)點鏈路建立數為5，五對入端口和出端口配對組合。

當經由配置網絡向片上網絡路由節(jié)點下發(fā)配置信息后，在復用路由節(jié)點硬件資源情況下，切換路由模式為集總路由，分布式路由自尋鏈路的結果將被置為無效，由集總路由配置鏈路的方式取代，所述集總配置鏈路的入端口和出端口可按如下方式確定：

a.集總路由通道建立數為1，表示該路由節(jié)點配置一條鏈路，鏈路入端口可為五個方向的任何一個，每個出端口為除去該入端口所在方向的四個方向任何一個，剩余四個入端口四個出端口均不被使用，若有數據進入嘗試建立鏈路，都將返回失敗信號；

b.集總路由通道建立數為2，表示該路由節(jié)點配置兩條鏈路，鏈路入端口可為五個方向的任何兩個，每個出端口為除去該入端口所在方向的四個方向任何一個，剩余三個入端口三個出端口均不被使用，若有數據進入嘗試建立鏈路，都將返回失敗信號；

c.集總路由通道建立數為3，表示該路由節(jié)點配置三條鏈路，鏈路入端口可為五個方向的任何三個，每個出端口為除去該入端口所在方向的四個方向任何一個，剩余兩個入端口兩個出端口均不被使用，若有數據進入嘗試建立鏈路，都將返回失敗信號；

d.集總路由通道建立數為4，表示該路由節(jié)點配置四條鏈路，鏈路入端口可為五個方向的任何四個，每個出端口為除去該入端口所在方向的四個方向任何一個，剩余一個入端口一個出端口均不被使用，若有數據進入嘗試建立鏈路，都將返回失敗信號；

e.集總路由通道建立數為5，表示該路由節(jié)點配置五條鏈路，鏈路入端口為五個方向，每個出端口為除去該入端口所在方向的四個方向任何一個，若有數據進入嘗試建立鏈路，都將返回失敗信號。

如圖4所示，集總路由配置三條數據鏈路，分別為數據源端“21”路由節(jié)點向數據目的端“24”路由節(jié)點傳輸，數據源端“13”路由節(jié)點向數據目的端“32”路由節(jié)點傳輸，數據源端“24”路由節(jié)點向數據目的端“33”路由節(jié)點傳輸,每條傳輸通道途徑的路由節(jié)點均只鎖定所需端口；其中“13”、“21”、“32”、“33”路由節(jié)點只配置一條鏈路，“22”、“24”路由節(jié)點配置兩條鏈路，“23”路由節(jié)點配置三條鏈路。

本實施例路由模式切換配置器是二維mesh4x4片上網絡，在xilinx開發(fā)板vertex6240t上通過veriloghdl實現，其硬件資源消耗如表1所示。

表1

雖然上面結合本發(fā)明的優(yōu)選實施例對本發(fā)明的原理進行了詳細的描述，本領域技術人員應該理解，上述實施例僅僅是對本發(fā)明的示意性實現方式的解釋，并非對本發(fā)明包含范圍的限定。實施例中的細節(jié)并不構成對本發(fā)明范圍的限制，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，任何基于本發(fā)明技術方案的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均落在本發(fā)明保護范圍之內。