周玉瀚 韩国栋 沈剑良 姜奎

摘要：针对传统片上网络（NoC）流量模型的空间分布不符合实际应用中通信局部化特性、网络带宽开销大的问题，提出一种基于Rent规则的NoC局部化特性流量生成算法。该算法通过建立有限Mesh结构的通信概率分布模型，并利用通信概率矩阵对各节点匀速发包获得合成流量，实现通信局部化。实验模拟了不同局部化程度、不同网络尺寸的合成流量；仿真结果表明，与Random Uniform、Bit Complement、Reversal、Transpose、Butterfly等5种传统合成流量相比，该算法合成流量的局部化程特性更好、网络带宽开销更低，接近实际通信流量。

关键词：片上网络；Rent规则；流量生成算法；流量模型；通信局部化

中图分类号：TP301.6 文献标志码：A

Abstract：In view of the problems that the spatial distribution of traffic model in traditional Network on Chip （NoC） was not consistent with the communication locality in practical applications and the overhead of network bandwidth is large， a novel algorithm for flow generation with NoC localized characteristic based on Rent rule was proposed. By establishing the communication probability distribution model with finite Mesh structure， the communication probability matrix was used to send packets to each node uniformly and obtain synthesis flows， and the locality was realized. The experiment simulated on flow with different locality degree and different network size. The results show that the proposed algorithm has better performance in flow locality， which is more close to the actual flows compared with five algorithms including Random Uniform， Bit Complement， Reversal， Transpose and Butterfly. In addition， the overhead of network bandwidth is lower.

Key words：Network on Chip （NoC）； Rent rule； traffic generation algorithm； flow model； communication locality

0 引言

片上系统（System on Chip，SoC）往往集成几十个甚至上百个核心互相通信，需要扩展性很强的通信架构。片上网络（Network on Chip，NoC）结构是一种可行的解决方式，其思想源自计算机网络，如数据包通信和分布式系统。与SoC相比，NoC主要的优势是通信的并发性、可扩展性和可重用性。

NoC设计的主要步骤包括系统架构设计、流量建模、性能评估。其中，流量建模作为一个重要方面，规定了通信节点间的传输特征、网络中每个通信事件，为设计人员提供定量、定性的分析。流量模型包括数据包空间分布、数据包注入率和包长度[1-2]三方面，而空间分布是分析网络流量状况的核心，常用于分析、设计网络结构和路由算法、测试NoC网络结构性能。

然而，现有流量模型并不能模拟实际NoC应用流量的非均匀和局部化特性，也不易随系统尺寸调整空间分布，网络带宽开销大。……