一種基于FPGA的多時鐘片上網(wǎng)絡(luò)研究與設(shè)計

　　2.2 輸入端口

　　路由器有5 個輸入端口， 通過端口分別與內(nèi)核及鄰近的路由器通信， 這5 個端口按在方位可分為本地（L），北（N），東（E），南（S），西（W）。每個輸入端口可以支持虛擬通道多路復(fù)用，相關(guān)聯(lián)的仲裁器，以及頭譯碼邏輯，從而作出路由決定。如圖1，輸入端口的3 個主要組成部分分別是虛擬通道選擇器、FIFO bRAMs 以及bRAM 仲裁器。虛擬通道選擇器：決定輸入端緩存的使用空間的決定權(quán)在虛擬通道選擇器。當(dāng)數(shù)據(jù)包大小以編碼形式傳播時，虛擬通道選擇器接收數(shù)據(jù)包的首部。當(dāng)虛擬通道選擇器收到來自上游路由器或者來自自身核心的數(shù)據(jù)時， 虛擬通道選擇器就會拿數(shù)據(jù)包的大小跟虛擬通道目前可以容納數(shù)據(jù)包的大小進(jìn)行比較。這么做的目的是為了能夠使輸入的數(shù)據(jù)能夠符合FIFO 中write_count 的大小。如果有足夠的空間存在，則虛擬通道選擇器將同意輸入請求， 同時反饋信息。在此過程中，虛擬通道選擇器還設(shè)置了輸入端解復(fù)用器。解復(fù)用器的作用是使數(shù)據(jù)包從輸入通道傳輸?shù)秸_的復(fù)用器的輸入緩存中。FIFO bRAMs：在所設(shè)計的路由器中，緩沖區(qū)的深度將參數(shù)化，在試驗時同時將其深度設(shè)置為16 。這些緩存區(qū)將被作為bRAM FIFO 的存儲器，同時起到以下作用：

　　（1）緩沖部分或者全部到來的數(shù)據(jù)包，以及當(dāng)下游開關(guān)可以用時，傳送頭部及緊跟的flit。

　?。?）劃分路由器核心以及路由器的頻率，從而支持一個多時鐘的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。

　?。?）通過仲裁器監(jiān)察write_count 端口的信息，來實現(xiàn)支持可變化大小的數(shù)據(jù)包。在緩沖區(qū)有單獨時鐘域的情況時， 就需要一種有效的方式實施完整的或者空的邏輯。通過以下方式使控制信號同步：

　　（1）發(fā)送數(shù)據(jù)包粒度作為一小部分FIFO 的空間。

　　（2） 在一個時鐘周期內(nèi)， 一個連接終止之前設(shè)置flit 的尾部位。在所使用的FPGA 設(shè)計中，由于支持FIFO 的最小深度是16， 所以它適合于在虛擬直通中緩沖整個數(shù)據(jù)包。write_count 的空和滿狀態(tài)信號將集成在FIFO 中。在一個多數(shù)據(jù)包的緩沖區(qū)中加大存儲flit 的能力，將有助于提高FIFO 的利用率。此外，獲得網(wǎng)絡(luò)的吞吐量的增益，是由于上游連續(xù)包釋放緩沖區(qū)所促成的。

　　圖1 輸入端口設(shè)計圖

　　bRAM 仲裁器： 輸入端口還包含了控制邏輯作出的仲裁決定。當(dāng)選擇一個非空的bRAM 時， 簡單的Round-robin 的方式仲裁算法將會啟用。當(dāng)選擇bRAM時，F(xiàn)SM 將會送出頭部flit，解碼出它的目的地址，并發(fā)送相應(yīng)的要求。在所設(shè)計的路由器中采用XY 路由算法將大大簡化了解碼器的邏輯結(jié)構(gòu)。根據(jù)XY 路由算法的通行路徑許可，即將釋放的請求線將會減少。

　　頭譯碼器：在XY 路由算法中，頭數(shù)據(jù)片一開始往X 軸方向走，當(dāng)?shù)竭_(dá)X 軸所在的目標(biāo)地址時，就會往Y方向走。所有緊隨著的數(shù)據(jù)片將以流水線的方式跟著頭數(shù)據(jù)片移動。這種簡便的XY 路由算法適用于減化頭解碼器、交叉點矩陣以及中央仲裁器的邏輯結(jié)構(gòu)。以上簡化得邏輯結(jié)構(gòu)將使FPGA 的芯片數(shù)顯著減少。